1、低氣壓環(huán)境下的電子元器件可靠性解析 時間：2013-09-26 來源： 作者： 一、低氣壓環(huán)境 在地球引力作用下，空氣依附在地球周圍，形成大氣層，大氣層從地 面一直向上延伸到數(shù)百公里高空。地球的引力使空氣具有一定重量形成大 氣壓力，在某高度上的大氣壓力，是該點以上垂直于地面的單位面積上整 個空氣柱的重量。大氣壓是各向同性的，即在某一點上，不管在哪個方向 上測量大氣壓都是相等的。大氣壓力的大小主要取決于海拔高度，隨高度 的增加，大氣壓力逐漸降低，大氣逐漸變得稀薄。高度接近于 5.5km5.5km 處, 大氣壓力降低到大約海平面標準大氣壓值的一半 ；接近 16km16km 處的大氣壓力 為標準海平

2、面值的 1/10;1/10;在接近 31km31km 處的大氣壓力為海平面標準大氣壓值 的1/100.1/100.大氣壓力的降低，必然對高海拔地區(qū)使用的電工電子產(chǎn)品產(chǎn)生影 響。我國約有 50%50%的地球表面積高于海平面 1000m1000m，約有 25%25%的面積高于 海平面 2000m.2000m.壓力梯度越大，壓力改變得越快，元器件損壞的機會就越多。 二、低氣壓環(huán)境對電子元器件的影響 1.1. 對散熱產(chǎn)品影響 電工電子產(chǎn)品中有相當一部分是散熱產(chǎn)品，如電機、變壓器等，這些 產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能，使其變成熱能，使產(chǎn)品溫度升高。散熱 產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加。 表 1 1 列出

3、了小型三向異步電動機溫升隨 海拔高度的變化。 地點 上海 西安 太原 黃陽 昆明 海拔高度/ 4. 6 411.9 783.7 1071.2 1922 氣 ffi/kPa 10L 270 96.474 92. 258 89.101 80. 268 溫升尸C 49.5 51.0 52.3 53,6 55,2 由表 1 1 可以看出：散熱產(chǎn)品的溫升隨海拔高度的增加（大氣壓力的降低） 而增加。 溫升與海拔高度大致成線性關系，如圖 1 1 所示。其斜率取決于本身結(jié) 構、散熱情況、環(huán)境溫度等因素。 JIIH JIB fl 整 對 Jtl vq i 食|廠灤棄有而族蒿謎前*系 散熱產(chǎn)品的熱耗散可以分成 3

4、 3 種形式： 傳導、對流和輻射。大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對流，即依靠產(chǎn)品 周圍的空氣流動來散熱，對流散熱一般又可分為強迫通風散熱和自然對流 散熱。自然對流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場，造成產(chǎn)品周圍空氣的 溫度梯度，使空氣流動散熱。強迫通風散熱是通過強制措施，迫使空氣流 過產(chǎn)品，帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。對強迫對流散熱來說，在體積流不變情況 下，隨高度增加，大氣壓將伴隨著空氣密度降低。空氣密度降低將直接影 響強迫對流散熱的效果。這是由于強迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱 量的。一般電機用的冷卻風扇，是保證流過電機的體積流量不變，當高度 增加時，由于空氣密度下降，即使體積流量不變，氣流的質(zhì)量流量將

5、隨之 降低。 2.2. 對電子元器件性能的影響 高度增加氣壓降低，對電子元器件的性能也會產(chǎn)生影響。特別是以空 氣作為絕緣介質(zhì)的設備，低氣壓對其影響更為顯著。在正常大氣條件下， 空氣是絕好的絕緣介質(zhì)，許多電器產(chǎn)品采用空氣作為絕介質(zhì)。當這些產(chǎn)品 用于高海拔地區(qū)作為械設備時，由于大氣壓力降低，常常在電場強度較強 的電極附近產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。更嚴重的是有時會發(fā)生空氣間隙擊穿，這 意味著設備的正常工作受到破壞。 三、低氣壓環(huán)境下電子元器件的可靠性控制 1.1. 元器件的合理選用 根據(jù)元器件在電路中的使用特性進行設計分析并合理選用元器件，是 元器件可靠性的基礎。電子元器件的可靠性控制點應前移，從源頭抓起，

6、 即從設計選用、優(yōu)選廠家、壓縮品種、可靠性試驗、提高質(zhì)量等級抓起， 使那些用代價換來的預防措施在源頭就發(fā)揮作用，而不能總是處于補救措 施狀態(tài)。并且，應該從元器件可靠性物理分析角度，系統(tǒng)地進行失效信息 的收集與分析、失效分析、破壞性物理分析、密封器件內(nèi)部氣氛分析、失 效模式及機理與工藝的相關性分析、失效模式與影響分析等元器件的質(zhì)量 與可靠性分析技術等,將元器件質(zhì)量與可靠性分析技術融入元器件產(chǎn)品設 計、制造過程，實現(xiàn)元器件的可靠性增長。 2.2. 元器件的監(jiān)制、試驗和驗收 元器件的生產(chǎn)、試驗和驗收，是保證元器件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是航 大產(chǎn)品元器件可靠性的關鍵控制點,其過程控制的好壞決定了元器件的固

7、 有質(zhì)量。電子元器件按功能劃分，有電子元件、分立器件和微電路等 ；按采 購渠道劃分，有進口和國產(chǎn)元器件之分；按產(chǎn)品成熟性劃分，有貨架產(chǎn)品和 新品器件。不同元器件有不同的控制要求，在下廠監(jiān)制和驗收、到貨檢驗 時應有不同的處理方法和程序。因此，應將元器件分門別類地進行劃分， 規(guī)定各類元器件的監(jiān)制方式、特殊試驗要求和驗收辦法，并明確相應的程 序和執(zhí)行單位或部門。 3.3. 破壞性物理分析 元器件 DPADPA（破壞性物理分析）的主要目的是要防止有明顯或潛在缺陷 的元器件裝機使用。除用于元器件的質(zhì)量鑒定外，在航天產(chǎn)品中，還用于 元器件的驗收、裝機前元器件的質(zhì)量復查、元器件超期復驗以及元器件的 失效分析

8、。在一般產(chǎn)品上，DPADPA 通常用于已裝機元器件的質(zhì)量驗證。在航 大產(chǎn)品上，DPADPA 必須在元器件裝機以前完成，因此，需明確航天產(chǎn)品用元 器件進行 DPADPA 的時機、DPADPA 的試驗項目、實施 DPADPA 的機構、DPADPA 的數(shù)據(jù) 記錄要求和 DPADPA 結(jié)果的處理方法。 4.4. 元器件的失效分析方法 元器件失效分析的主要任務是對失效的元器件進行必要的電、物理、 化學的檢測，并結(jié)合元器件失效前后的具體情況及有關技術文件進行分析， 以確定兀器件的失效模式、失效機理和造成失效的原因。通過失效分析可 以發(fā)現(xiàn)失效元器件的固有質(zhì)量問題，也有可能發(fā)現(xiàn)元器件因不按規(guī)定條件 使用而失效

9、的使用質(zhì)量問題，通過向有關方面反饋，促使責任方采取糾正 措施，提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。相對來說，失效模式的確定比 較簡單，而確定失效機理的難度較大，分析人員必須掌握元器件的設計、 工藝和有關的理化知識，并有一定的實踐經(jīng)驗。此外，還要具備較復雜的 儀器、設備。在明確失效機理后，還必須找出失效原因，才能避免重復失 效，提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。但根據(jù)失效機理確定失效原因， 往往涉及失效現(xiàn)場和責任人等具體情況， 確定起來有相當大的難度。因此， 首先要確定進行失效分析的單位，規(guī)定提交失效分析的程序和失效信息， 以及產(chǎn)品研制各階段失效元器件的失效信息記錄要求等，然后，根據(jù)失效 分析的結(jié)論，對引起失效的原因進行歸零處理。若為設計缺陷，應和生產(chǎn) 廠家一起找出問題所在并進行改進；若為操作失誤，必須嚴格操作規(guī)范，避 免引入人為的失誤。從而達到失效分析的目的，使器件制造和生產(chǎn)操作更 上一個臺階。 5.5. 元器件質(zhì)量信息的管理 在元器件選用、采購、監(jiān)制和驗收、篩選和復驗以及失效分析質(zhì)量保 證環(huán)節(jié)中，存在大量的元器件質(zhì)量信息， 例如，選用目錄外元器件的規(guī)格、 型號、生產(chǎn)廠商、質(zhì)量等級以及在航天產(chǎn)品上的使用情況 ；國內(nèi)新品器件的 研制廠家及新品器件使用情況；進口器件的質(zhì)量保證情況；元器件失效分析 報