电子元器件的选用

图1 集成电路失效模式分布
集成电路的主要失效机理有：
1） 过电应力（EOS）：是指元器件承受的电流、电压应力或功率 超过其允许的最大范围。 2） 静电损伤(ESD)：微电子器件在加工生产、组装、贮存以及运 输过程中，可能与带静电的容器、测试设备及操作人员相接触，所 带静电经过器件引脚放电到地，使器件受到损伤或失效 3） 闩锁效应（latch-up）：集成电路由于过电应力触发内部寄生 晶体管结构而呈现的一种低阻状态，这种低阻状态在触发条件去除 或终止后仍会存在。 4） 电迁移（EM）：当器件工作时，金属互连线内有一定的电流 通过，金属离子会沿导体产生质量的运输，其结果会使导体的某些 部位出现空洞。
5）操作过程的损失问题。 比如印刷电路板的安装、焊接、清洗过 程中的机械损伤。
6）存储和保管问题。 如库房的温度和湿度应该控制在规定的范围 之内。
1 半导体集成电路的选择和应用
半导体集成电路按有源器件分双极性、MOS型以及双极性-MOS 集成电路；按集成规模分有小、中规模和大、超大规模集成电路。
半导体集成电路的封装基本上分为3类：金属、陶瓷、塑料，不同 的封装形式各有特点，应用领域也有所区别：
2 分立器件失效模式和机理介绍
分立器件失效模式主要有短路、开路、参数漂移、壳体破碎等。分立器件 失效模式统计分布见图2。
图2 分立器件失效模式分布
分立元件的主要失效机理有：
1）过电应力（EOS）。 2）机械应力和热变应力：元器件在生产、运输、安装和焊接等过 程中受到外来的机械和热应力的作用而失效。 3）二次击穿：器件被偏置在某一特殊的工作点时，电压突然跌落 ，电流突然上升的物理现象。这时若无限流装置及其他保护措施， 元器件将被烧毁。 4）热击穿：功率器件芯片与底座粘接或烧结不良，会存在众多大 小不等的空洞，导致器件工作时产生的热量不能充分往外传导，形 成局部热点而发生击穿的现象。 5）栅氧击穿。 6）金铝键合失效。
二、三极管的选用
三极管的选用在选用三极管时，必须注意三极管的极限值，尤其不能两 个以上的参数的极限值同时被选用。 主要参数极限值如下： 1、集电极电压Ucmax 它是允许加在三极管集电结上的最大反向电压。使用 时不能超过这个最大值，否则集电结在过大的反向电压作用下，形成很强的 电场，使集电极反向电流急剧增加，严重时会导致三极管的损坏； 2、最大集电极直流功耗Pcmax 该项参数与温度有关，温度升高时，该项参 数要降低。锗三极管的上限温度是70℃，归三极管的上限温度是150℃。为了 提高Pcmax，常采用散热片或强制冷却的方法； 3、反向饱和电流Icbo Icbo一般很小，但其受温度影响很大，随温度增加呈 指数上升的趋势。锗三极管的Icbo大且温度特性差，所以在选用三极管时尽 量选用硅管。在器件手册中，常给出Iceo，Iceo=（1+β）Icbo，可见Iceo对温 度变化更敏感，因此，应选用Iceo小的管子。 4、电流放大倍数 β值的大小与工作点的频率有关，使用前应进行实测。一 般来说β值不是越大越好，β值太大会引起性能不稳定。β值在20~100较好。
四、电容器的选用
1、纸介质电容器 纸介质电容器的优点是成本低，缺点是容易老化，热稳定性差，
主要用于直流和低频电路中。 2、涤纶薄膜电容器
涤纶薄膜电容器的电容量和电压范围比较宽，是应用较广的电容 器。但是其电参数随温度和频率变化较大，所以多用于频率较低的电 路中。 3、聚碳酸脂薄膜电容器
聚碳酸脂薄膜电容器的主要优点是能在较高的温度和温度交变的 条件下稳定工作，工作温度范围为-55~+125℃，可用于交流和高频电电阻器包括线绕电阻器、合金箔电阻器和块金属电阻器，内 部没有接触电阻，因此不存在非线性和电流噪声，温度系数最低，长 期稳定性好，可用作精密电阻器和大功率电阻器。
3 合成电阻器的选用
合成电阻器的电性能指标没有薄膜电阻器好，但其可靠性却优于 薄膜电阻器，所以合成电阻器可用于高可靠性要求的设备中。
电子元器件在应用时应重点考虑的问题
1）降额使用。 有意识的降低施加在 元件上的工作应力。 2）热设计。 元器件的布局、安装等过程必须充分考虑到热的因素 。 3）抗辐射问题。 元器件通常要受到来自各种射线的损伤，进而使 整个电子系统失效。目前国内外已陆续研制了一些抗辐射加固的半 导体器件。
4）防静电损伤。 由于设备、材料及操作者的相对运动，均可能因 摩擦而产生几千伏的静电电压。
2 半导体分立元件的选择和应用
一、二极管的选用
1、 选用整流二极管时，应注意下面两个主要参数： （1）、最大正向电流IDM 它表示二极管允许通过的的最大电流值， 由材料的材质和接触面积决定。当电流超过这个允许值时，管子将因 过度发热而损坏。 （2）、最大反向电压URM 它表示二极管能够允许的反向电流剧增时 的反向电压值。当二极管工作在最大反向电压时，应采取限流措施， 否则二极管将被击穿。 2、选用稳压二极管时，选用的管子应符合稳压值的要求。同时还要保 证在负载电流最小时，稳压管的功耗不超过其额定功耗。另外，稳压 二极管的稳压特性受温度影响很大，所以，在精密稳压电路中，应选 用温度系数小的管子。
三、电阻器的选用
电阻器的选用根据电阻体的材料的不同，电阻器可以分为合金型、薄膜 型和合成型三类。
1 薄膜电阻器的选用
（1）、金属膜电阻器（RJ） 金属膜电阻器的导电膜层为金属或合金材 料，性能优良，工作环境温度范围较宽，功率体积比大，有利于设备的 小型化。适用于直流、交流和脉冲电路中，额定环境温度为70℃。 （2）、金属氧化膜电阻器（RY） 金属氧化膜电阻器的导电膜层为金属 氧化物，因此，其特点有：电阻器耐热性能好，阻值稳定，不易被氧化 ，故稳定性高。RY电阻器的额定环境温度为70℃。 （3）、碳膜电阻器（RT） 碳膜电阻器有较高的化学稳定性和较大的电 阻率。RT电阻器的阻值范围最宽，温度系数为负值，受电压和频率的影 响较小，并且价格便宜，所以适用于各种电路。缺点是功率体积比小， 因此体积较大。RT电阻器的额定环境温度较低，为40℃。
1 产品的可靠性是与“规定的条件”分不开的。 2 产品的可靠性是与“规定的时间”密切相关的。 3 产品的可靠性是与“规定的功能”密切关系的。 4 产品的可靠性从数学观点就是表示一种概率。
有关失效的基本概念
（1）失效：产品丧失规定的功能。 （2）失效机理：引起失效的物理、化学变化的内在原因 。（3）误用失效：不按规定条件使用的产品引起的失效。 （4）本质失效：由于产品本身固有弱点而引起的失效。 （5）完全失效：产品完全丧失规定功能的失效。 （6）部分失效：产品没有完全丧失规定的功能的失效。 （7）间隙失效：产品失效后，不经修复而在规定的时间 内能自行恢复功能的失效。
从现场失效和试验失效中去收集尽可能多的信息(包括失 效形态、失效表现现象及失效结果等)进行归纳和总结电子 元器件的失效模式，分析和验证失效机理，并针对失效模 式和失效机理采取有效措施，是不断提高电子元器件可靠 性水平的过程。
下面介绍电子元器件失效规律
1 集成电路失效模式和机理介绍
集成电路的主要失效模式有功能失效、参数漂移、短路、开路等。集成 电路失效模式统计分布见图1
电子元器件的选用
2020年5月26日星期二
电子元器件的选用
11 可靠性与失效 2 电子元器件失效机理 3 电子元器件的选用
2.1 可靠性与失效
可靠性：广义的可靠性是指产品在其整个寿命周期内 完成规定功能的能力，包括狭义的可靠性和维修性。 狭义的可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间 内，完成规定功能的能力。即：在规定的时间内完成 规定功能的可能性或概率，它包括以下4层含义：
（1）金属封装 金属封装散热性能好，可靠性高，但安装使用不够方便，成本高
。 （2）陶瓷封装
金属封装散热性能差，体积小、成本低。 （3）塑料封装
目前使用最多的一种形式，工艺简单、成本低，但散热性能差。
集成电路的选用集成电路的选用应注意以下几点：
1、 电源电压Vdd不能高于额定电源电压Vcc，否则集成电路会被击穿； 2、 输入电压 Vin不能高于允许的最大输入电压Vinmax； 3、 负载电流 Iol要小于输入端允许注入的最大电流； 4、 功耗P要低于电路允许的最大功耗Pmax； 5、 选用集成电路时要注意其工作温度范围，Ⅰ类品（军用）为55~+125℃，Ⅱ类品（工业用）为-40~+85℃，Ⅲ类品为0~+70℃。 6、 不使用的输入端应根据要求接电源或接地，不得悬空。
5） 栅氧击穿：在MOS器件及其集成电路中，栅氧化层缺陷会导致栅 氧漏电，漏电增加到一定程度即构成击穿。 6） 与时间有关的介质击穿（TDDB）：施加的电场低于栅氧的本征击 穿强度，但经历一定的时间后仍发生击穿的现象。 7） 金铝键合失效：由于金-铝之间的化学势不同，经长期使用或200℃ 以上的高温存储后，会产生多种金属间化合物，如紫斑、白斑等。使 铝层变薄、粘附性下降、接触电阻增加，最后导致开路。 8） “ 爆米花效应 ”: 塑封元器件塑封材料内的水汽在高温下受热发生 膨胀，使塑封料与金属框架和芯片间发生分层效应，拉断键合丝，从 而发生开路失效。
3 阻容感元件失效模式和机理介绍
阻容感元件的失效模式主要有参数漂移、短路、壳体破碎、外观不合格等 。阻容感元件失效模式统计分布见图3。
图3 阻容感元件失效模式分布
阻容感元件的主要失效机理有：
1） 过电应力（EOS）。 2） 机械应力和热变应力。 3） 腐蚀：金属与周围介质接触时发生化学或电化学作用而被破坏 叫做腐蚀，它会导致元器件的电性能恶化。 4） 银迁移：电子元器件在存储和使用中，由于存在湿气、水分， 导致其中相对活泼的金属银离子发生电化学迁移，从而出现短路、 开路及绝缘性能变坏等失效。
铝电解电容器的精度低，稳定性差，所以只能用于要求容量大，对 准确度要求不高的滤波和旁路电路中。在潮湿环境中，最好不使用铝电 解电容器。 7、钽电解电容器
钽电解电容器的特点是漏电流小，寿命长，搁置性能好，温度和频 率特性好，但价格较高，多用于环境条件要求比较苛刻的军用电子设备 中。液体钽电解电容器的性能比固体钽电解电容器的性能差。