電子元器件在被用于組裝成各類電子設(shè)備而實(shí)際應(yīng)用于市場時,需要面對外部各種應(yīng)激反應(yīng)。例如,電子設(shè)備掉落時引起的物理應(yīng)變,冷熱溫差引起的熱應(yīng)變,通電時的電應(yīng)變等。以這些外部應(yīng)變?yōu)檎T因,在產(chǎn)品使用時,有電子元器件發(fā)生故障的案例。因此,村田從各電子元器件的設(shè)計階段開始,研究外部應(yīng)變與故障發(fā)生的機(jī)理,并反饋至電子元器件的可靠性設(shè)計中。同時,通過把握外部應(yīng)變的強(qiáng)度與故障發(fā)生的時間?概率之間的關(guān)系,確立"外部應(yīng)變與故障發(fā)生的加速模型",以便在更短的試驗(yàn)時間內(nèi)可對電子元器件的耐用年數(shù)進(jìn)行評價。
作為加速模型的具體案例,針對多層陶瓷電容器的耐用年數(shù)的溫度?電壓加速性進(jìn)行說明。一般情況下,多層陶瓷電容器由電絕緣體(電介質(zhì))構(gòu)成,對于連續(xù)通電,具有高度可靠性。
例如,安裝在汽車發(fā)動機(jī)附近的控制模塊,在使用時,周圍環(huán)境的溫度會隨之升高。
圖1所示即為在這樣的高溫環(huán)境下通電時,電容器使用的陶瓷材料內(nèi)部狀態(tài)。
在陶瓷材料內(nèi)部含量極少的原子等級的電荷缺陷會從+極(正極)向-極(負(fù)極)移動。

以鈦酸鋇為代表的電陶瓷,在進(jìn)行燒制工藝時,結(jié)晶構(gòu)造內(nèi)部包含了極少量的原子級缺陷(稱為氧空位),其可通過外部施加的電壓緩慢移動,不久便會累積在-極附近,最終可能會破壞陶瓷絕緣性。
如此,多層陶瓷電容器的耐用年數(shù)(壽命)取決于陶瓷材料中氧空位的移動速度與量,在確立模型時應(yīng)將產(chǎn)品使用時的環(huán)境溫度與負(fù)荷電壓作為參數(shù)。通常情況下,采用阿倫尼烏斯方程的加速模型可廣泛適用,但作為簡便的推算方法,也可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式。

通過這個關(guān)系式,在更嚴(yán)格的條件下(更高的溫度,更高的電壓)進(jìn)行加速試驗(yàn),可預(yù)估產(chǎn)品在實(shí)際使用環(huán)境下的耐用年數(shù)。
在此,讓我們嘗試對比多層陶瓷電容器的加速試驗(yàn)與實(shí)際產(chǎn)品的預(yù)設(shè)使用環(huán)境。此時,電容器的加速試驗(yàn)中耐久試驗(yàn)時間表示為LA,實(shí)際使用環(huán)境下的相當(dāng)年數(shù)表示為LN,來用于上述公式。

如此,可預(yù)估在85℃、20V的應(yīng)用環(huán)境下進(jìn)行的1000h耐久試驗(yàn),相當(dāng)于65℃、5V應(yīng)用環(huán)境下的362039h(≒41年?。S糜谟嬎愕碾妷杭铀俪?shù)與溫度加速常數(shù)雖然根據(jù)陶瓷材料的種類與結(jié)構(gòu)有所不同,但是,通過使用加速模型,可以根據(jù)較短時間內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證長時間實(shí)際使用環(huán)境下的耐用年數(shù)。
以上為多層陶瓷電容器的示例,有多種一般使用的電子元器件種類及設(shè)想的使用環(huán)境。因此,確立對各種電子元器件造成影響的應(yīng)變相關(guān)加速模型是非常重要的。
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