3.1 加速早期失效以提高可靠性
早期失效出现在产品开始工作后的较早时期,其特点是失效率高,且失效率随时间增加迅速下降。早期失效由制造工艺缺陷、原料缺陷、设备故障、质量检验不严等因素造成。
首先,对原材料和工艺的严格检验,同时加强产品的质量管理可对工艺制造过程中导致的早期失效产品进行有效控制。
其次可采用脉冲直流功率负荷的老化筛选方法来提高产品的可靠性。在脉冲负荷情况下,由于瞬时负荷较大,功率集中在一个短时间内发生,它对电阻器的作用比连续负荷更为强烈。事实上,导电元件的瞬时过热是最重要的。从热的观点看,电阻器可分为主动部分和被动部分,主动部分为电阻丝,被动部分为被加热部分如基体、保护层和引出线等。在脉冲持续时间内,主动部分产生的热量来不及分散到被动部分,会使主动部分迅速升温,然后在脉冲时间内,主动部分积蓄的热量会向被动部分传送,从而使温度逐渐回到一个稳定值。图2所示是主动部分的温度变化曲线。
主动部分在脉冲持续时间τi内的温升△ti可表示为:
其中:α为主动与被动部分交界处的散热系数;S为主动部分与被动部分交界处的面积;c为主动部分的比热;m为主动部分的质量;αS/cm为主动部分的温度时间常数;t为室温;t1为脉冲起始温度;为峰值功率下的主动部分温度:为峰值功率。
以上分析考虑了主动部分的热容量(cm)在脉冲功率的作用下吸收热量使自身的温度上升的情况,实际上,由于散热(αS)作用,这个过程符合于一个指数规律,时间常数αS/cm表明了这个指数规律的特征。
脉冲负荷时电阻器的失效机理可分为以下几种情况:
(1) 在峰值功率作用下,电阻器中导电元件瞬时过热会造成(例如原料有缺陷、电阻丝花线、并线、间距不均匀等缺陷)电阻器断线、阻值漂移或严重老化。
(2) 在峰值电压下,基体上缠绕的电阻丝电流密度过大或过热,会造成(例如电阻丝有损坏或受机械损伤、米阻值不稳定等缺陷)电阻器阻值无穷大、阻值漂移或损坏,这种情况通常在高阻时发生。 (3) 在峰值电流作用下,引线与电阻丝焊接部分的电流密度过大或过热,会造成(例如电阻丝与引线的焊接虚焊、搭线等缺陷)电阻器断线、阻值无穷大或电阻器损坏,这种情况通常在低阻时发生。