微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中元器件的可靠性與選擇
摘要：元器件可靠性使用電子元器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及軟件編程的基礎(chǔ),而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),元器件性能的好壞與穩(wěn)定性將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。文中主要對(duì)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的元器件可靠性進(jìn)行了分析,并詳細(xì)闡述了影響元器件可靠性的原因和機(jī)理,最后討論了提高元器件可能性的一些原則措施。
關(guān)鍵詞：測(cè)控系統(tǒng) 元器件 可靠性
元器件可靠性是選擇電子元器件、電路設(shè)計(jì)和軟件編程的理論基礎(chǔ)。而可靠性是用以描述系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、正常運(yùn)行能力的一個(gè)通用概念,也是產(chǎn)品質(zhì)量在時(shí)間方面的特征表示。從統(tǒng)計(jì)角度來(lái)看,它是某個(gè)產(chǎn)品或系統(tǒng)在某一時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定并正常完成預(yù)定功能指標(biāo)的概率�？傊�,可靠性是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力,常用可靠度、失效率、平均無(wú)故障時(shí)間三個(gè)特征量對(duì)其進(jìn)行描述。
影響測(cè)控系統(tǒng)可靠性的因素有內(nèi)部與外部?jī)煞矫妗?nèi)部因素主要有元器件本身的性能與可靠性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試。外部因素是指測(cè)控系統(tǒng)所處的工作環(huán)境（外部設(shè)備或空間條件）所導(dǎo)致的系統(tǒng)不可靠運(yùn)行的所有外界因素。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),元器件的選擇是根本,其性能的好壞與穩(wěn)定性將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能與可靠性。因此,在可靠性設(shè)計(jì)當(dāng)中,首要的工作是精選元器件,并使其在長(zhǎng)期穩(wěn)定性、精度等級(jí)方面滿(mǎn)足要求。元器件的可靠性研究主要包括元件的失效特性、的效機(jī)理、抗干擾性能、元件選用方法、安裝工藝及環(huán)境對(duì)元件性能的影響等方面。文中將對(duì)此作詳細(xì)介紹。
1 元器件的失效特性
元器件的失效特征,主要是指失鏟規(guī)律和失效形式。
1.1 失效規(guī)律
元器件的失效規(guī)律分為三部分：早期失效期、穩(wěn)定工作期和衰老期。早期失效主要發(fā)生在元件制造或微機(jī)系統(tǒng)剛投入運(yùn)行后的短暫時(shí)間,其失效原因主要有：（1）元件本身存在的固有缺陶,如漏氣、接點(diǎn)斷裂等;（2）安裝工藝不可靠,如焊接不牢固等;（3）環(huán)境條件惡化,如溫度高、溫度大（可加速元件的失效）�？梢酝ㄟ^(guò)篩選元件、嚴(yán)格安裝工藝以及防止安裝前元件的老化來(lái)克服元件的早期失效。
穩(wěn)定工作期元件的突然性失效少,暫時(shí)性故障較多,這是因?yàn)樵骷ぷ髦械乃矔r(shí)應(yīng)力超過(guò)了元件所能承受的強(qiáng)度。而衰老期元件的失效率大大增加,可靠性也急劇下降。因此造成元件衰老的主要原因是：元件物理變化和機(jī)械磨損。
1.2 失效形式
元器件的失效形式可分為：突然失效、退化失效、局部失效和全部失效。突然的效是因元件參數(shù)急劇變化,或因元件制造工藝不良、環(huán)境條件變壞而導(dǎo)致短路或開(kāi)路所造成的。退化失效是因元件制造公差、溫度系數(shù)變化、材料變質(zhì)、電源電壓波動(dòng)、工藝不良等因素使元器件參數(shù)逐漸變差,性能逐漸降低而形成的。由退化失鏟而導(dǎo)致的系統(tǒng)局部功能失效,稱(chēng)為局部失效;由突然失效而使整個(gè)系統(tǒng)失效,稱(chēng)為全局失效。
2 元件的失效機(jī)理
元件的失效直接受溫度、濕度、電壓、機(jī)械的影響。
2.1 溫度影響
（1）環(huán)境溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的影響
環(huán)境溫度升高將使半導(dǎo)體器件的最大允許功耗下降。因?yàn)闇囟壬邔⒅苯邮菇Y(jié)溫升高,引起最高工作電壓下降,P-N結(jié)構(gòu)的正向壓降減少,其開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)電平減少,元件的低電平抗干擾電壓容限隨溫度的升高而變小,而高電平抗干擾電壓容限則隨溫度升高而增大,因而造成輸出電平偏移,波形失真,穩(wěn)態(tài)失調(diào),甚至?xí)霈F(xiàn)P-N結(jié)熱擊穿而損壞。
（2）溫度變化對(duì)電阻的影響
溫度變化對(duì)電阻的影響主要是當(dāng)溫度升高時(shí),電阻內(nèi)部的熱噪聲加劇使其阻值偏離標(biāo)準(zhǔn)值、允許耗散功率下降等。
（3）溫度變化對(duì)電容的影響
溫度變化將引起電容介質(zhì)損耗變化,從而影響電容的使用壽命,同時(shí)還會(huì)引起阻容時(shí)間常數(shù)的變化,甚至可能發(fā)生因介質(zhì)損耗過(guò)大而熱擊穿的情況。
