Надежность резисторов. Статистические данные показывают, что обрыв

токопроводящего слоя и нарушение контакта резистора – наиболее типичный вид

отказа (свыше 50%). Значительный процент отказов (35-40%) относят за счет

перегорания токопроводящего слоя. Около 5% отказов вызываются резким

изменением величины сопротивления (в 10-100 раз и более). Количество

отказов резисторов меняется с течением времени и зависит от условий

применения, технологии производства, качества материалов.

Нагрев резистивного слоя за счет мощности, рассеиваемой на резисторе в

рабочем режиме, и резкие изменения температуры окружающей среды вызывают

необратимые накапливающиеся изменения в резисторе, приводящие к внезапному

отказу. Снижение электрической нагрузки резистора, создание условий работы,

исключающих резкие изменения температуры, повышают его надежность.

На надежность резисторов отрицательно влияет влага. Она ускоряет

коррозию контактных выводов, что приводит к их обрыву, и способствует

растрескиванию защитных эмалей. Проникающая через трещины влага разрушает

резистивный слой или проволоку.

При длительных механических воздействиях происходят усталостные

изменения в материалах, используемых в конструкции резисторов, что приводит

к скачкообразному изменению свойств резисторов и их отказу. Надежность

резисторов существенно зависит от качества проводящего слоя и его

геометрических размеров. Чем меньше сечение проводящего слоя и чем больше

его длина, тем ниже надежность.

Мгновенные отказы резисторов возможны из-за нарушения целостности

контактного узла. Наиболее частые отказы этого вида наблюдаются у

поверхностных резисторов из-за возникающих механических перенапряжений. У

объемных резисторов таких отказов нет, так как у них контактный вывод

работает на сжатие.

Большинство резисторов имеют в начальный период работы такую же

надежность, как и в период нормальной работы. Характерной особенностью

резисторов при их работе в схемах является то, что их отказы в более чем

50% случаев вызывают отказы других элементов, например, пробой

конденсаторов, короткие замыкания в электропроводниках и полупроводниковых

приборах.

Надежность конденсаторов. Наиболее частым видом отказов конденсаторов

является пробой диэлектрика и перекрытие изоляции между обкладками

(поверхностный разряд). Эти отказы составляют около 80% всех отказов и

возникают из-за наличия слабых мест в диэлектрике и технологических

дефектов, допущенных при производстве. Довольно часто конденсаторы выходят

из строя из-за обрывов выводов. Около 15% отказов конденсаторов вызваны

уменьшением их емкости ниже допустимой. Чаще это наблюдается у

электрических конденсаторов. Из-за уменьшения сопротивления изоляции

выходят из строя около 5% конденсаторов.

Количество отказов конденсаторов зависит и от их назначения в схеме.

Наибольшая опасность отказов наблюдается у разделительных и блокированных

конденсаторов, наименьшая – у контурных и накопительных.

На надежность конденсаторов существенное влияние оказывает

температура, влажность и частота питающего напряжения. Конденсаторы с

большой электрической и тепловой нагрузкой имеют повышенное число отказов.

Увеличение рабочего напряжения на конденсаторе всегда снижает сопротивление

изоляции, нередко вызывает появление внутренней короны и пробой

диэлектрика.

Нагрев конденсатора снижает электрическую прочность диэлектрика и

сопротивление изоляции, увеличивает тангенс угла диэлектрических потерь.

Причем местное уменьшение сопротивления изоляции вызывает повышение

температуры конденсатора и, как следствие, еще большее возрастание потерь и

снижение сопротивления изоляции. Развитие этих процессов приводит к пробою

конденсатора.

Влажность окружающей среды является причиной увеличения тангенса угла

диэлектрических потерь, снижение электрической прочности и сопротивления

изоляции, что ведет к снижению пробивного напряжения. Это особенно сильно

заметно в негерметизированных конденсаторах. Надежное влагозащитное

покрытие замедляет протекание нежелательных процессов под действием влаги.

В противоположность резисторам основное количество отказов у

конденсаторов наблюдается в начальный период эксплуатации. Так, около 70%

всех пробоев происходит до наступления нормального периода работы.

Надежность полупроводниковых элементов. Параметры полупроводниковых

диодов и транзисторов сильно зависят от внешних воздействий и главным

образом от влияния температуры. Высшая температура для полупроводникового

прибора определяется переходом базы в область собственной проводимости. Для

германия эта температура лежит в пределах 80-100(С, для кремния 150-200(С,

для карбида кремния 300-400(С. Полупроводниковые приборы очень

чувствительны к перегрузкам по току и по напряжению и выходят из строя даже

при кратковременных перегрузках.

Основной причиной внезапных отказов полупроводниковых приборов

является перенапряжение между коллектором и базой, возникающее во время

переходных процессов. Иногда отказы могут быть обусловлены обратными

импульсными выбросами на участке база-эмиттер. Частым видом внезапных

отказов является также обрыв электрической цепи, короткие замыкания и

недопустимые отклонения параметров элемента от номинала.

Постепенные отказы полупроводниковых приборов возникают большей частью

из-за изменения их параметров, причем наиболее интенсивное изменение

параметров отмечается в начальный период эксплуатации, составляющий

несколько сотен часов. В дальнейшем скорость изменения параметров

уменьшается и с наступлением периода старения снова растет. Изменения

параметров полупроводниковых приборов большей частью наблюдаются при

повышенных напряжениях на коллекторе или из-за проникновения влаги в прибор

при нарушении герметичности. Такое нарушение вызывается обычно различием

коэффициентов линейного расширения металлов и проходных изоляторов.

Надежность печатных плат. Основными параметрами, определяющими

надежность печатных плат, являются тангенс угла диэлектрических потерь,

диэлектрическая проницаемость, удельное объемное и поверхностное

сопротивления, сопротивление изоляции между печатными проводниками. К

факторам, наиболее влияющим на величину этих параметров относят температуру

окружающей среды и влажность. Продолжительное нахождение печатных плат в

условиях повышенной температуры и влажности, а особенно при одновременном

их сочетании приводит к возникновению в платах необратимых явлений,

вызывающих резкое уменьшение сопротивления изоляции, а это зачастую ведет к

их отказу. Влага служит причиной образования плесени и коррозии металлов,

которые могут вызвать разрыв электрической цепи.

Одной из причин, вызывающих отказы печатных плат является перекрытие

по поверхности платы. Это явления возникает в результате увеличения

относительной влажности воздуха вблизи поверхности платы по следующим

причинам: из-за неоднородности поверхностного сопротивления печатных плат и

их покрытий, образования поверхностных трещин на плате и на покрытии,

уменьшении давления окружающей атмосферы. При уменьшении атмосферного

давления напряжение поверхностного перекрытия твердых диэлектриков

уменьшается и становится минимальным при давлении 800-950 Па, а затем снова

возрастает. Повышенная температура окружающей среды снижает напряжение

поверхностного перекрытия печатных плат. Старение материала изоляционного

основания печатной платы приводит к значительному увеличению тангенса угла

диэлектрических потерь, в результате чего происходит резкое возрастание

уровня потерь и нередко отказ печатной платы.

Надежность печатных плат зависит также от количества соединений

(паек), нанесенных на нее. С увеличением количества соединений

увеличивается вероятность отказа.

Надежность интегральных схем. Интенсивность отказов ИМС лежит в

пределах 10-6-10-9 ч-1, приближаясь к уровню высоконадежных элементов.

Сравнение интенсивности отказов отдельных элементов ИМС и ИМС в целом

показывает, что они практически равнозначны. Преимуществом является то, что

степень функциональной сложности ИМС с малым и средним уровнем интеграции

слабо отражается на их надежности.

Для ИМС прежде всего характерны внезапные отказы, обусловленные

качеством изготовления (технологическими дефектами): разрывы соединений

между контактной зоной на поверхности подложки (кристалла) и выводами

корпуса, обрывы и короткие замыкания внутренних соединений. Процентное

соотношение основных типов дефектов монолитных ИС указано на круговой

диаграмме (рис.5). Внезапные отказы полупроводниковых ИМС составляют 80% от

общего числа отказов. Свыше 50% отказов гибридных линейных ИМС связано с

дефектами встроенных транзисторов и паяных соединений. Отказы контактов

золотых проволочных выводов чаще всего происходят из-за обрыва проволочки

около шарика ковары.

Наиболее слабым звеном полупроводниковых ИМС в пластмассовых корпусах

являются внутренние проволочные соединения, дающие обрывы и короткие

замыкания (более 90% отказов вызвано обрывами соединительных проводов).

Основная причина таких отказов определяется различием температурных

коэффициентов линейного расширения металла и обволакивающего материала, что

приводит к возникновению термомеханических напряжений. Около 10% отказов

полупроводниковых ИМС в пластмассовых корпусах происходит по причине

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6