器件可靠性与温度的关系

1.设备故障与温度的关系

设备的极限温度承载能力为高压线，超过后故障率急剧增加，使用中不得超过。在极限温度内，设备故障率仍与温度密切相关，故障率随温度升高而增加。

问题：是否有安全温度点，只要不超过温度点，故障率与温度关系不密切？

答：理论和实践表明，在大多数情况下没有这样的温度点。设备的故障率始终与温度有关，但在高于某个温度点后，故障率将急剧上升，并出现拐点。

减少设计是为了使组件或产品的工作应力适当低于组件或产品规定的额定值，从而降低基本故障率（故障率），提高使用可靠性。20世纪50年代，日本人发现气温下降了10年代℃，部件的失效率可降低一半以上。实践证明，适当降低组件的某些参数可以大大提高组件的可靠性。由于电子产品的可靠性对其电应力和温度应力敏感，降额设计技术和热设计技术对电子产品尤为重要。

流量计的电源初步设计没有采用降额设计，调整管的功耗仅为0.8W（在常温20℃～25℃），额定功率为1W的晶体管。结果在调试和用户使用中经常出现故障。主要原因是额定功耗1W环境温度为25℃，在实际工作中，该管的环境温度为60℃，此时实际最大功耗已达到1W。选择相同参数2W此时降额系数的晶体管S≈0.5。因此，产品故障很快就解决了。

2.温度循环是最恶毒的环境应力

筛选试验(去除方法):去除早期失效产品的试验。对于电子设备来说，最有效的是温度循环，效率:温度循环/振动=3.5/1。

根据以上统计，我们可以看到温度循环是暴露缺陷最有效的环境应力。

以上是统计结论。与此同时，我们的经验是，机械应力叠加温度应力会导致一些不易复制的故障。

3.组件特性随温度漂移，导致系统故障。

一种是可恢复的软失效

一种是不可恢复的硬失效

软故障一般是指温度容量不足，可恢复，是单板故障难以再现的重要原因。虽然问题经常导致软故障，但为了减少软故障，我们不仅要降低温度，还要在分析具体原因时制定有针对性的改进措施。

软失效主要是由于设备参数的漂移。

案例1：参数温度漂移导致三极管不导通

1、halt当试验温度降至-15度时，单板串口挂死，这个问题必然会出现，判断时钟或电源有问题。

通过管理芯片MCU检查单板电压检测结果和时钟检测结果，访问MCU电压检测结果正常，单板工作时钟丢失

3.分析时钟丢失

CPU电压正常运行后，工作电源模块同步输出EN该信号打开时钟电路CPU工作电压输出未接入MCU检测(此电压为0V～1.2V变化，无接入MCU检测)，得到时钟电路EN正常工作的信号；

逻辑检测到电源A和电源B正常工作后打开CPU工作电源模块；

电源A和电源B通过两个正常工作的信号mos管送给CPLD检测。

4.三极管输入电压为1V05通过分压电阻分为0.7V打开三极管，在室温下对导通电压的要求为0.58V～0.7V

所以0.7V导通没问题

在低温时由于特性漂移，导通电压需求已经高于0.7V，分压值不能满足三极管导通的要求。

低温时三极管参数漂移验证：

在室温下，用一块未去除分压电阻的单板正常工作，用示波器测试/1V05_detect管脚，/1V05_detect信号为低电平，将示波器设置为上升沿触发模式，然后用液氮向三极管喷洒，只需几秒钟/1V05_detect信号由低变为高电平，验证了参数在低温下漂移，Vbe更高的导通门槛。

4.温度损坏设备

对于后一个硬故障，故障的原因非常离散，设备制造过程中或多或少难以完全避免杂质和缺陷，这些小缺陷在设备运行过程中逐渐生长和扩展，当影响设备的外部功能时，温度通常加速缺陷的生长和扩展，往往需要电应力的协调。

设备的极限温度承载能力为高压线，超过后故障率急剧增加，使用中不得超过。在极限温度内，设备故障率仍与温度密切相关，故障率随温度升高而增加。

焊接和使用过程中温度过高，导致焊接和使用过程中温度过高BGA焊球开裂

5.测量、监控和保护系统的温度

有些处理器内部有温度传感器，核心温度由温度传感器检测。目前，数字温度传感器用于处理器的温度传感器(Digital thermal sensor)。

在多核处理器中，intel集成多个DTS，每个区域的温度数据可用于监测不同区域的温度MSR读取寄存器。

只有数字温度传感器C0(normal operating)状态时有效。

过温也是通过数字温度传感器测试的，也在MSR显示了寄存器中的一个比特。

温度传感器的值是单板进入TM1，TM2状态信息源。

我们还可以在关键点添加温度传感器，以改善热环境。当发现温度过高时，自动操作，如报警、降频和重启。