電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計分析方法

1、2021-11-13reliability design and analysis1電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計分析方法北京航空航天大學(xué)可靠性工程研究所北京現(xiàn)代青亞科技有限公司2021-11-13reliability design and analysis2電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計分析方法電子元器件的選擇與使用電子元器件的選擇與使用(gjb546-88，電子元電子元器件可靠性保證大綱器件可靠性保證大綱 )降額設(shè)計降額設(shè)計(gjb/z35-93，元器件降額準(zhǔn)則元器件降額準(zhǔn)則 )熱分析熱設(shè)計熱分析熱設(shè)計(gjbz27-92，電子設(shè)備可靠性熱電子設(shè)備可靠性熱設(shè)計手冊設(shè)計手冊 )環(huán)境應(yīng)力篩選環(huán)境應(yīng)力篩選(gjb10

2、32-90，電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法篩選方法 )2021-11-13reliability design and analysis3電子元器件的選擇與使用為什么要控制選擇與正確使用電子元器件為什么要控制選擇與正確使用電子元器件電子元器件的質(zhì)量等級電子元器件的質(zhì)量等級元器件的選擇控制元器件的選擇控制 目的 原則 管理元器件的正確使用元器件的正確使用2021-11-13reliability design and analysis4為什么要控制電子元器件的選擇與正確使用電子元器件是電子、電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，是能夠完成預(yù)定功能而不能再分割的電路基本單元，其自身的可靠性是十分重要的；設(shè)

3、計人員注重元器件的功能與性能，不關(guān)心其“質(zhì)量等級”；元器件的采購缺乏“質(zhì)量等級”概念“，渠道不暢、不穩(wěn)；元器件的使用：近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件選擇不當(dāng)或使用有誤。航天部半導(dǎo)體器件失效分析中心的統(tǒng)計數(shù)字：返回2021-11-13reliability design and analysis5質(zhì)量等級質(zhì)量等級：是指元器件裝機使用之前，在制造、試驗及篩選過程中其質(zhì)量的控制等級。 它對元器件的失效率有很大的影響。目前，預(yù)計國外、國內(nèi)元器件失效率時，用質(zhì)量系數(shù)q作為不同質(zhì)量等級對元器件工作失效率影響的調(diào)整系數(shù)。國外電子元器件的質(zhì)量等級電子元器件的質(zhì)量等

4、級2021-11-13reliability design and analysis6電子元器件的質(zhì)量等級半導(dǎo)體集成電路質(zhì)量系數(shù)等級國內(nèi)元器件的質(zhì)量等級返回2021-11-13reliability design and analysis7元器件的選擇與控制 目的 保證元器件的性能、質(zhì)量等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求； 保證暢通的采購渠道、穩(wěn)定的貨源； 減少品種； 降低采購費用； 正確的使用。 選擇控制的總原則 元器件的技術(shù)性能、質(zhì)量等級、使用條件等應(yīng)滿足產(chǎn)品要求； 優(yōu)先選用經(jīng)實踐證明質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應(yīng)渠道可靠的標(biāo)準(zhǔn)元器件； 在產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)最大限度地壓縮元器件的品種、規(guī)格及其生產(chǎn)廠點；

5、要嚴(yán)格控制新研元器件的使用。2021-11-13reliability design and analysis8元器件的選擇與控制 元器件的控制大綱 建立元器件控制機構(gòu)建立控制方案 控制策略：全面、重點，即廣度與深度 控制元器件的名稱與種類 規(guī)定選用的順序元器件優(yōu)選清單(ppl) qpl：qualified product list 經(jīng)過質(zhì)量鑒定合格的元器經(jīng)過質(zhì)量鑒定合格的元器件清單件清單( (合格元器件清單合格元器件清單) ) ppl：preferred parts list 優(yōu)選元器件品清單優(yōu)選元器件品清單制定降額準(zhǔn)則、熱設(shè)計準(zhǔn)則及其他使用指南元器件篩選對轉(zhuǎn)承制方元器件選用要求及控制對選用

6、非優(yōu)選元器件的控制程序繼續(xù)2021-11-13reliability design and analysis9ppl清單xxxx 型飛機電子元器件優(yōu)選目錄（型飛機電子元器件優(yōu)選目錄（19941994） 序號序號 元器件名稱元器件名稱 型號型號 主要技術(shù)主要技術(shù)參數(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)外形 適用標(biāo)準(zhǔn)適用標(biāo)準(zhǔn) 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家 適用類別適用類別 精密金屬模電精密金屬模電阻器阻器 rj25rj25- -1/21/2 阻 值 范阻 值 范圍：圍： 溫 度 范溫 度 范圍：圍： 3.93.9 10.510.5 ruo.467.ruo.467.028jt028jt 718718 廠廠 優(yōu)選優(yōu)選 分頻器分頻器

7、 54ls67354ls673 milmil- -stdstd- -883883 motorolamotorola 優(yōu)選優(yōu)選 優(yōu)選清單格式2021-11-13reliability design and analysis10返 回qpl清單2021-11-13reliability design and analysis11元器件的選擇與控制 國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序國產(chǎn)電子元器件的優(yōu)選順序 按國家標(biāo)準(zhǔn)（gb）、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（gjb）、“七?！奔夹g(shù)條件（qzj）、電子工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)（sj）執(zhí)行 “七?！碑a(chǎn)品 推薦品種 保留品種 適用品種 國外電子元器件的優(yōu)選國外電子元器件的優(yōu)選 國外已形成了一系列

8、的軍用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 國外元器件質(zhì)量等級、命名標(biāo)志及選購指南 問題 忽視檢測 概念模糊，選擇不當(dāng)：“軍用溫度范圍”當(dāng)“軍品” 要求不明，采購不當(dāng) 渠道混亂，受騙上當(dāng)返回2021-11-13reliability design and analysis12元器件的正確使用 使用中存在的問題使用中存在的問題 對元器件的性能掌握不夠。 測試不當(dāng)或測量儀器接地不當(dāng)而燒毀電路。 調(diào)機不當(dāng)，造成損傷 靜電損傷值得注意 措施措施 降額使用 熱設(shè)計 抗輻射設(shè)計 防靜電設(shè)計 操作過程中的問題 儲存與保管的問題2021-11-13reliability design and analysis13元器件的正確使用 抗輻

9、射設(shè)計抗輻射設(shè)計 航天器中使用的元器件：外空間的各種輻射 核爆炸環(huán)境：高能中子和射線 防靜電設(shè)計防靜電設(shè)計 制造過程(人的靜電防護) 儲存 運輸過程 操作過程中的問題操作過程中的問題 安裝的機械損傷 儲存與保管的問題儲存與保管的問題 存儲環(huán)境返回2021-11-13reliability design and analysis14降額設(shè)計 降額設(shè)計概念與目的降額設(shè)計概念與目的 降額設(shè)計就是使元器件或設(shè)備工作時承受的工作應(yīng)力適當(dāng)降低于元器件或設(shè)備的額定值； 降低基本故障率、提高使用可靠性的目的（例子：陶瓷電源）； 降額主要因素：電應(yīng)力和溫度 降額設(shè)計的關(guān)鍵：降額的程度與效果； 降額等級降額等級

10、級降額：最大適用于故障危及安全、導(dǎo)致任務(wù)失敗 和造成重大經(jīng)濟損失的情況； 級降額：適用于故障使任務(wù)降級和增加不合理的維修費用； 級降額：適用于故障對任務(wù)完成影響很小和少量的維修。 降額設(shè)計原則降額設(shè)計原則 降額準(zhǔn)則的制定與實施降額準(zhǔn)則的制定與實施2021-11-13reliability design and analysis15降額準(zhǔn)則說明2021-11-13reliability design and analysis16降額設(shè)計原則 降額設(shè)計原則降額設(shè)計原則 各類元器件均有一個最佳的降額范圍，在此范圍內(nèi)應(yīng)力變化對其故障率影響較大。過度的降額也不可取，增加元器件的數(shù)量；降額到一定程度后，可

11、靠性的提高是很微小的；過度降額反而有害：大功率晶體管在小電流下，大大降低放大系數(shù)而且參數(shù)穩(wěn)定性降低；繼電器的線包電流不僅不能降低，反而應(yīng)在額定值之上，否則影響可靠的接觸； 電應(yīng)力降額容易，對溫度降額，主要依靠熱設(shè)計熱設(shè)計； 降額提高可靠性，但要綜合考慮可靠性、體積、重量和費用等問題； 根據(jù)設(shè)計、可靠性等的需要進行，一般參照gjb/z-35元器件降額準(zhǔn)則。2021-11-13reliability design and analysis17降額準(zhǔn)則的制定與實施 降額準(zhǔn)則的制定降額準(zhǔn)則的制定 在工程型號中制定降額準(zhǔn)則，指導(dǎo)降額設(shè)計； 參照gjb/z-35制定降額準(zhǔn)則 根據(jù)可靠性需求、以往的經(jīng)驗或相

12、似型號的降額準(zhǔn)則確定 元器件的種類及其在不同重要性要求下的降額等級； 系統(tǒng)/分系統(tǒng)及其要求的降額等級； 確定具體的參數(shù)應(yīng)力； 編制降額準(zhǔn)則初稿； 廣泛征求意見，修改降額準(zhǔn)則初稿； 確定正式的“降額準(zhǔn)則”；2021-11-13reliability design and analysis18降額準(zhǔn)則的制定與實施 可靠性設(shè)計準(zhǔn)則的實施可靠性設(shè)計準(zhǔn)則的實施 將準(zhǔn)則作為“總師”的規(guī)范文件下發(fā)執(zhí)行； 設(shè)計人員學(xué)習(xí)，熟悉準(zhǔn)則； 對照與自己設(shè)計部分相關(guān)的準(zhǔn)則，進行設(shè)計，確定參數(shù)的應(yīng)力值； 設(shè)計人員自查其設(shè)計對準(zhǔn)則的“符合性”： 不符合的條款，說明理由“為什么不符合”，并報上一級設(shè)計主管； 編制準(zhǔn)則符合性報告

13、； 與可靠性預(yù)計相結(jié)合； 組織專家評審，進行“符合性”檢查； 對“不符合”的條款，根據(jù)其對可靠性影響的程度，決策處理。返回2021-11-13reliability design and analysis19熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計 熱分析、熱設(shè)計的概念熱分析、熱設(shè)計的概念 熱分析：獲得產(chǎn)品的溫度分布 熱設(shè)計：采取相應(yīng)的溫度控制措施，控制電子設(shè)備的溫度 原因與目的原因與目的 電子產(chǎn)品可靠性對溫度是非常敏感 提高可靠性 熱分析的內(nèi)容與手段熱分析的內(nèi)容與手段 溫度 計算熱測 熱設(shè)計的方法熱設(shè)計的方法 電路板布局 散熱措施2021-11-13reliability design and anal

14、ysis20熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計原因和目的 原因與目的原因與目的 電子產(chǎn)品可靠性對溫度是非常敏感，如圖所示，但溫度生高時，器件故障率迅速增大；電路板變形 合理溫度布局，控制溫度，提高可靠性2021-11-13reliability design and analysis21熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計熱分析的內(nèi)容與手段 熱分析的內(nèi)容熱分析的內(nèi)容 結(jié)點溫度：元器件pn結(jié)溫度，一般是元件的最高溫度； 殼溫度：元器件的殼的外表面的溫度； 電路板溫度：連續(xù)的二維溫度分布，各點的溫度是厚度方向的平均值； 電路板溫度梯度：沿著長度方向的溫度變化率，也是二維的； 熱分析手段熱分析手段 計算：解析法（

15、傳熱方程的解析解）和數(shù)值法（利用計算機求解溫度分布，如betasoft-board軟件）； 熱測設(shè)備測量2021-11-13reliability design and analysis22熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計熱設(shè)計的方法 電路板布局電路板布局 在滿足約束條件下，合理元器件布局，將功率大的器件分散放置，減少或消除熱應(yīng)力集中點，從而降低溫度； 散熱措施散熱措施 散熱原理 熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射 熱設(shè)計 元器件溫度控制：熱降額、導(dǎo)熱膠、冷板設(shè)計 電路板：使用耐熱高的印刷板，增加厚度利于導(dǎo)熱和自然散熱 機箱：自然冷卻、強迫風(fēng)冷、冷板設(shè)計、散熱器2021-11-13reliability de

16、sign and analysis23熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計示例(熱分布)2021-11-13reliability design and analysis24熱分析、熱設(shè)計熱分析、熱設(shè)計示例(溫度剃度分布)返回2021-11-13reliability design and analysis25元器件的篩選(gjb1032-90)元器件篩選的概念與目的元器件篩選的概念與目的 元器件篩選：在產(chǎn)品出廠前，有意將環(huán)境應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，使產(chǎn)品的潛在缺陷加速發(fā)展成早期故障，并加以排除，從而提高產(chǎn)品的可靠性;通過試驗剔除不合格或有早期失效的產(chǎn)品。早期故障期早期故障期偶然故障偶然故障期期耗損故障耗損

17、故障期期t t ( (t)t)目的：淘汰有缺陷的器件：材料缺陷、工藝缺陷、設(shè)備狀況等因素引入；根據(jù)使用要求，篩去不符合的器件：壽命、使用環(huán)境，如溫度、輻射、振動等2021-11-13reliability design and analysis26美國衛(wèi)星aniuyk20v計算機ag3變換器a-a17慣導(dǎo)系統(tǒng)電子燃料噴射系統(tǒng)hewlitt臺式計算機我國某飛機的大氣數(shù)據(jù)計算機元器件的篩選2021-11-13reliability design and analysis27元器件的篩選篩選的原則與難點篩選的原則與難點原則：既要剔除不合格的產(chǎn)品、又不能將好的產(chǎn)品弄壞難點：篩選時的方法、應(yīng)力大小和時間

18、篩選的種類篩選的種類一次篩選（篩選）、二次篩選（目的：篩選應(yīng)力不夠、針對性差、檢驗）器件篩選、電路板篩選設(shè)備級篩選篩選應(yīng)力篩選應(yīng)力溫度循環(huán)(75% 85%)隨機振動循環(huán)(15% 25%)，兩者綜合：90%2021-11-13reliability design and analysis28溫溫 度：度： 最高最高 55 55 +125 +125 o oc c 一般一般 40 40 +95 +95 o oc c 最低最低 40 40 +75 +75 o oc c溫溫 變變 率：率： 最高最高 20 20 o oc c/min/min 一般一般 15 15 o oc c/min/min 最低最低

19、5 5 o oc c/min/min隨機振動：隨機振動： 若一個方向若一個方向 10 min10 min 不止一個方向不止一個方向 每個方向每個方向 5 min5 min 頻率頻率 20 20 2000hz 2000hz 功率譜密度功率譜密度 0.04g0.04g2 2/hz/hz 元器件的篩選環(huán)境應(yīng)力篩選環(huán)境應(yīng)力篩選(ess)機理及基本方法機理及基本方法2021-11-13reliability design and analysis29元器件的篩選的方法 元器件篩選方法分類元器件篩選方法分類 非破壞性試驗：對好的器件無損傷 破壞性試驗；試驗后器件損壞，不能使用 非破壞性試驗項目（非破壞性試驗項目（gjb597、gjb33） 內(nèi)/外部目檢（封帽前）：封裝前后目視檢查有無問題； 老練篩選：根據(jù)失效率特征（浴盆曲線），使器件在一定的溫度下工作一段時間；（時間和溫度） 溫度循環(huán)：高低循環(huán)環(huán)境下放置一段時間 檢漏：密封性檢查，氦質(zhì)譜細(xì)檢、氟油初檢。 破壞性試驗破壞性試驗 開帽目檢：打開封裝目視檢查 芯片剪切強度試驗：