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1、器件失效與溫度的關(guān)系  

器件極限溫度承受能力是高壓線，超過后失效率劇增，使用中不允許超過。在極限溫度以內(nèi)，器件失效率與溫度仍然強(qiáng)相關(guān)，失效率隨著溫度升高而增加。  

問題：是否存在一個(gè)安全溫度點(diǎn)，只要不超過這個(gè)溫度點(diǎn)，失效率與溫度關(guān)系就不密切？  

答案：理論與實(shí)際表明，多數(shù)情況下不存在這樣的溫度點(diǎn)。器件的失效率始終與溫度相關(guān)，只是高于某個(gè)溫度點(diǎn)之后，失效率會急劇上升，出現(xiàn)拐點(diǎn)。    

降額設(shè)計(jì)就是使元器件或產(chǎn)品工作時(shí)承受的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谠骷虍a(chǎn)品規(guī)定的額定值，從而達(dá)到降低基本失效率（故障率），提高使用可靠性的目的。20世紀(jì)50年代，日本人發(fā)現(xiàn)，溫度降低10℃，元器件的失效率可降低一半以上。實(shí)踐證明，對元器件的某些參數(shù)適當(dāng)降額使用，就可以大幅度提高元器件的可靠性。因電子產(chǎn)品的可靠性對其電應(yīng)力和溫度應(yīng)力比較敏感，故而降額設(shè)計(jì)技術(shù)和熱設(shè)計(jì)技術(shù)對電子產(chǎn)品則顯得尤為重要。  

一款流量計(jì)的電源前期設(shè)計(jì)，未采用降額設(shè)計(jì)，其調(diào)整管僅按計(jì)算其功耗為0.8W（在常溫20℃～25℃），選用額定功率為1W的晶體管。結(jié)果在調(diào)試時(shí)和在用戶使用中發(fā)生故障頻繁。分析其原因主要是該管額定功耗1W時(shí)的環(huán)境溫度為25℃，而實(shí)際工作時(shí)該管處于的環(huán)境溫度為60℃，此管此時(shí)實(shí)際最大功耗已達(dá)1W。經(jīng)可靠性工程師分析和建議，選用同參數(shù)2W的晶體管，這時(shí)降額系數(shù)S≈0.5。因而產(chǎn)品的故障很快得到解決。  

2、溫度循環(huán)是最惡毒的環(huán)境應(yīng)力

篩選試驗(yàn)（剔除方法）：為剔除有早期失效的產(chǎn)品進(jìn)行的試驗(yàn)。對電子設(shè)備，最有效的是溫度循環(huán)，效率：溫度循環(huán)/振動(dòng)＝3.5/1。  

更具上面統(tǒng)計(jì)，我們可以看出溫度循環(huán)是最有效暴露缺陷的環(huán)境應(yīng)力。  

以上為統(tǒng)計(jì)結(jié)論。同時(shí)，我們的經(jīng)驗(yàn)，機(jī)械應(yīng)力疊加溫度應(yīng)力，可以觸發(fā)一些不容易復(fù)現(xiàn)的故障。  

3、元器件特性隨著溫度漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)故障  

一類是可恢復(fù)的軟失效  

一類是不可恢復(fù)的硬失效  

軟失效一般是指溫度容限不夠，可以恢復(fù)，是引起單板故障很難重現(xiàn)的一個(gè)重要原因。雖然問題經(jīng)常觸發(fā)軟失效，但要減少軟失效，不能僅靠降低溫度，必須在分析清楚具體原因的情況下制定有針對性的改進(jìn)措施。  

溫度引起軟失效多由器件參數(shù)的漂移導(dǎo)致。  

案例1：參數(shù)溫度漂移，導(dǎo)致三極管不導(dǎo)通  

1、halt試驗(yàn)溫度降到－15度時(shí)單板串口掛死，此問題必現(xiàn)，判斷時(shí)鐘或者電源有問題。  

2、通過管理芯片MCU查看單板的電壓檢測結(jié)果和時(shí)鐘檢測結(jié)果，接入到MCU的電壓檢測結(jié)果都正常，檢測到單板的工作時(shí)鐘丟失  

3、針對時(shí)鐘丟失進(jìn)行分析    

CPU工作電源模塊在電壓正常工作之后同步輸出EN信號打開時(shí)鐘電路，而這個(gè)CPU工作電壓輸出沒有接入到MCU檢測(此電壓是0V～1.2V變化，沒有接入MCU檢測)，時(shí)鐘電路得到EN信號才能正常工作；  

邏輯檢測到電源A與電源B正常工作之后打開CPU工作電源模塊；  

電源A與電源B正常工作的信號是通過的兩個(gè)mos管送給CPLD檢測。    

4、通過理論分析三極管的輸入電壓為1V05，通過分壓電阻分到0.7V打開三極管，在常溫時(shí)對導(dǎo)通電壓的要求為0.58V～0.7V  所以0.7V導(dǎo)通沒問題    

在低溫時(shí)由于特性漂移，導(dǎo)通電壓需求已經(jīng)高于0.7V，分壓值不能滿足三極管導(dǎo)通要求。    

三極管低溫時(shí)參數(shù)漂移驗(yàn)證：  

在常溫下用一塊沒有去掉分壓電阻的單板正常運(yùn)行，用示波器測試/1V05_detect管腳，/1V05_detect信號為低電平，把示波器設(shè)置為上升沿觸發(fā)模式，然后用液氮開始對著三極管噴，只有幾秒的時(shí)間，/1V05_detect信號由低變?yōu)楦唠娖搅耍?yàn)證了三極管在低溫時(shí)，參數(shù)發(fā)生漂移，Vbe導(dǎo)通門檻變高。  

4、溫度導(dǎo)致器件損壞  

對于后一種硬失效，失效的原因很離散，器件制造過程中多多少少存在難以完全避免的雜質(zhì)和缺陷，這些各種各樣的微小缺陷在器件運(yùn)行期間逐漸生長擴(kuò)展，當(dāng)影響到器件外部功能時(shí)就導(dǎo)致了器件失效，溫度在缺陷的生長擴(kuò)展中通常會起到加速的作用，經(jīng)常需要電應(yīng)力的協(xié)同。  

器件極限溫度承受能力是高壓線，超過后失效率劇增，使用中不允許超過。在極限溫度以內(nèi)，器件失效率與溫度仍然強(qiáng)相關(guān)，失效率隨著溫度升高而增加。  

焊接和使用過程中溫度過高，導(dǎo)致BGA焊球開裂  

5、對系統(tǒng)的溫度進(jìn)行測量、監(jiān)控、保護(hù)  

有些處理器內(nèi)部有溫度傳感器，處理器內(nèi)部通過溫度傳感器來感測核心溫度，當(dāng)前處理器的溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器(Digital thermal sensor)。  

在多核處理器中，intel集成多個(gè)DTS，用于監(jiān)控不同區(qū)域的溫度，每個(gè)區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)可以通過MSR寄存器讀取。  

數(shù)字溫度傳感器只在C0(normal operating)狀態(tài)時(shí)有效。  

過溫也是通過數(shù)字溫度傳感器測試出來的，并且也在MSR寄存器中的一個(gè)比特位表現(xiàn)出來。  

溫度傳感器的數(shù)值是單板進(jìn)入TM1，TM2狀態(tài)的信息源。  

我們還可以在關(guān)鍵點(diǎn)位增加溫度傳感器，來改善熱環(huán)境。當(dāng)發(fā)現(xiàn)過溫了，進(jìn)行告警、降頻、重啟等自動(dòng)操作。

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