典型元器件在高温环境下参数变化机理研究

论文摘要

过高的温度是电子设备可靠性不良的主要原因，在高温环境下仍然能正常运行的电子产品的研制开发被视为这个世纪的关键技术之一。因此，研究典型电子元件在高温工作条件下有效的试验方法和动态参数测试方法，通过在线测试研究电子元件在高温环境力作用下的电性能参数变化规律，并结合有限元仿真，分析典型电子元件潜在的失效机理，进而提出相应的预防措施，对保证电子产品在恶劣环境下高可靠性要求的实现有着重要意义。本文选择了高温应力场作为电子元器件研究环境，通过对其特性进行分析，确定以步进应力试验为试验方法进行研究。对于电子元器件在应力场作用下的主要特征参数变化，设计相应的测试电路来进行测量。通过对测试电路的仿真分析，对测试电路进行验证和优化设计。对金属膜电阻、片式电阻、钽电容、片式电容等典型电子元件在高温环境条件的特征参数进行了试验，获得了典型军用电子元件高温实验数据。基于高温试验结果，对典型军用电子元件在高温条件下的参数变化规律和原因进行了分析，对其温度特性进行研究，在此基础上对甚高温（125℃～焊锡熔点）下元器件参数变化规律和机理进行了探讨。基于已有的试验数据，利用有限元多物理场技术建立电子元件物理模型，运用有限元分析软件COSMOSWORKS设定材料参数、模拟温度应力场环境及划分网格，对元件进行仿真分析，通过热应力仿真结果分析元件所受的应力、应变情况，仿真分析了高温强应力场环境下典型元器件失效的发生发展过程，进一步验证了动态测试试验的测试结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 可靠性分析技术的发展
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2 高温步进应力试验技术
• 2.1 高温步进应力试验的目的
• 2.2 高温步进应力试验技术的理论依据
• 2.3 高温步进应力试验的技术特点
• 2.4 高温步进应力试验的意义
• 2.5 本章小结
• 3 电子元器件高温步进应力试验方案
• 3.1 元器件的选择
• 3.2 高温步进应力试验剖面及方案设计
• 3.2.1 高温应力场应力剖面设计原则
• 3.2.2 应力的施加方式
• 3.2.3 高温应力场应力剖面设计
• 3.2.4 高温步进应力试验方案
• 3.3 本章小结
• 4 电子元件特征参数动态测试技术
• 4.1 主要测试设备
• 4.1.1 温度传感器
• 4.1.2 数据采集仪
• 4.1.3 漏电流测试仪
• 4.2 电阻测试电路的设计
• 4.3 电容测试电路的设计
• 4.3.1 电容主要参数
• 4.3.2 电容测试电路设计
• 4.4 高温步进应力试验测试数据分析
• 4.4.1 金属膜电阻
• 4.4.2 片式电阻
• 4.4.3 钽电容
• 4.4.4 片式电容
• 4.5 本章小结
• 5 电子元件高温步进应力有限元分析
• 5.1 高温步进应力理论分析
• 5.1.1 温度场模型的建立
• 5.1.2 COSMOSWORKS 有限元仿真方法
• 5.2 电子元件高温步进应力仿真
• 5.2.1 金属膜电阻电路板级高温步进应力仿真
• 5.2.2 片式电阻电路板级高温步进应力仿真
• 5.2.3 钽电容电路板级高温步进应力仿真
• 5.2.4 片式电容电路板级高温步进应力仿真
• 5.3 本章小结
• 6 电子元件在高温环境下的参数变化机理研究
• 6.1 电子元件在高温环境下的变形机理分析
• 6.2 电子元件在高温环境下参数变化机理分析
• 6.2.1 热膨胀量与温度关系
• 6.2.2 电子元件特征参数的非线性变化机理分析
• 6.2.3 钽电容的特征参数变化机理
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢