電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)

1、第2章 電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì) 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要因素 2.2 電子元器件的選用 2.3 電子設(shè)備的可靠性防護(hù)措施 2.4 印制電路板布線的可靠性設(shè)計(jì) 2.5 PCB電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線設(shè)計(jì) 思考題與練習(xí)題 2.1 影響電子設(shè)備可靠性的主要因素級(jí)(±5%),級(jí)(±10%)和IB+.鍺管還要低一點(diǎn).不同的半導(dǎo)體器件,S的定義不一樣.晶體二極管的S為平均正向工作電流與25 時(shí)的最大額定正向電流之比.晶體三極管的S為實(shí)際功率與25 時(shí)的最大額定功率之比.穩(wěn)壓管的S為實(shí)際耗散功率與25 時(shí)最大額定功率之比.光電器件的S為實(shí)際耗散功率與25 二極管(此處列舉的是整流二極管

2、):高溫貯存溫度沖擊敲擊功率老化高溫測(cè)反向漏電流常溫測(cè)試檢漏外觀檢查. 三極管:高溫貯存溫度沖擊跌落(大功率管不做)高溫反偏(硅PNP管做)功率老化高低溫測(cè)試(必要時(shí)做)常溫測(cè)試檢漏外觀檢查.(2) 篩選條件及要求如下: 高溫貯存的要求為:貯存溫度:硅二極管為150±3 ;硅三極管為175±3 ;鍺二極管,三極管為100±2 .貯存時(shí)間:A級(jí)為48小時(shí),B級(jí)為96小時(shí). 溫度沖擊的要求為:鍺器件:-55±3 85±2 硅器件:-55±3 125±3 敲擊.在專用夾具上用小錘敲擊器件,并用圖示儀監(jiān)視最大工作電流正向曲線. 功率

3、老化.在常溫下,按技術(shù)要求(例如:整流二極管最大電流不大于1 A時(shí),按額定電流的1.5倍老化;最大電流大于1 A時(shí),可按額定電流老化)通電老化. 高溫測(cè)試.其試驗(yàn)溫度的要求為:鍺二極管為70±2,鍺中小功率三極管為55±2,鍺大功率管為75±2,硅二極管,三極管為125±3,恒溫時(shí)間為30分鐘. 低溫測(cè)試.其試驗(yàn)溫度為-55±3,恒溫時(shí)間為30分鐘. 常溫測(cè)試.常溫測(cè)試按技術(shù)文件規(guī)定進(jìn)行. 檢漏.檢漏按技術(shù)文件規(guī)定進(jìn)行.2) 半導(dǎo)體集成電路的篩選對(duì)于半導(dǎo)體集成電路等組件,也要按照技術(shù)要求,凡有篩選要求的都要進(jìn)行篩選.(1) 高溫貯存.高溫貯存的

4、作用是通過高溫加熱來(lái)加速任何可能發(fā)生或存在的表面化學(xué)反應(yīng),使電路穩(wěn)定,剔除潛在的失效電路.貯存條件:溫度為150175±5 ,貯存時(shí)間為48小時(shí)或96小時(shí).150 適用于環(huán)氧扁平封裝的電路,175 適用于其他材料封裝的電路.(2) 溫度循環(huán).溫度循環(huán)能檢驗(yàn)電路內(nèi)不同結(jié)構(gòu)材料的熱脹冷縮是否匹配.循環(huán)條件:溫度范圍為-55±3125±3 .先低溫后高溫,每種溫度下保持30分鐘,交替時(shí)間小于1分鐘,交替次數(shù)不少于5次.(3) 離心加速度.離心加速度試驗(yàn)可使電路內(nèi)部焊點(diǎn)不牢,裝片或封裝不佳,管殼及硅片存在潛在裂紋等缺陷易于暴露.試驗(yàn)條件:質(zhì)量小于15 g的電路可施加外力2

5、0 kg,質(zhì)量大于15 g的電路施加外力5 kg.沿電路三個(gè)軸向,各試驗(yàn)1分鐘.(4) 跌落.有時(shí)可以用跌落的方法代替離心加速度的篩選方法.(5) 高溫功率老化.老化條件:溫度為125±3 ,時(shí)間為168小時(shí)或96小時(shí).亦可把溫度提高到150±3 ,進(jìn)行24小時(shí)老化.(6) 高溫測(cè)試.測(cè)試條件:溫度為-40±3和-55±3時(shí),允許的使用功率為標(biāo)稱值的100%;環(huán)境溫度增至100時(shí),允許使用功率僅為標(biāo)稱值的20%.另外,溫度過高能使噪聲增大.溫度變化同樣會(huì)使阻值變化,溫度每升高或降低10,其阻值大約變化1%. 2) 電阻器散熱的一般方法電阻的溫度與其形式,

6、尺寸,功率損耗,安裝位置以及環(huán)境溫度等因素有關(guān).一般情況下,電阻是通過引出線的傳導(dǎo)和本身的對(duì)流,輻射來(lái)散熱的.電阻器散熱的一般考慮有:(1) 大功率電阻器應(yīng)安裝在金屬底座上,以便散熱.(2) 不許在沒有散熱的情況下,將功率電阻器直接裝在接線端或印制板上.(3) 功率電阻器盡可能安裝在水平位置.(4) 引線長(zhǎng)度應(yīng)短些,使其和印制電路板的接點(diǎn)能起散熱作用;但又不能太短,且最好稍彎曲,以允許熱脹冷縮.如用安裝架,則要考慮其熱脹冷縮的應(yīng)力.(5) 當(dāng)電阻器成行或成排安裝時(shí),要考慮通風(fēng)的限制和相互散熱的影響,并將其適當(dāng)組合.(6) 在需要補(bǔ)充絕緣時(shí),需考慮散熱問題.2. 半導(dǎo)體分立器件的散熱措施1) 溫

7、度對(duì)半導(dǎo)體分立器件的影響半導(dǎo)體器件對(duì)溫度反應(yīng)很敏感,過高的溫度會(huì)使器件的工作點(diǎn)發(fā)生漂移,增益不穩(wěn)定,噪聲增大和信號(hào)失真,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起熱擊穿.因此,通常半導(dǎo)體器件的工作溫度不能過高,如鍺管不超過70100;硅管不超過150200.表2.4列出了常用元器件的允許溫度.表2.4 常用元器件允許溫度2) 半導(dǎo)體分立器件散熱的一般考慮(1) 對(duì)于功率小于100 mW的晶體管,一般不用散熱器.(2) 大功率半導(dǎo)體分立器件應(yīng)裝在散熱器上.(3) 散熱器應(yīng)使肋片沿其長(zhǎng)度方向垂直安裝,以便于自然對(duì)流.散熱器上有多個(gè)肋片時(shí),應(yīng)選用肋片間距大的散熱器.(4) 半導(dǎo)體分立器件外殼與散熱器間的接觸熱阻應(yīng)盡可能小,應(yīng)盡量

8、增大接觸面積,接觸面保持光潔,必要時(shí)在接觸面上涂上導(dǎo)熱膏或加熱絕緣硅橡膠片,借助于合適的緊固措施保證緊密接觸.(5) 散熱器要進(jìn)行表面處理,使其粗糙度適當(dāng)并使表面呈黑色,以增強(qiáng)輻射換熱.(6) 對(duì)于熱敏感的半導(dǎo)體分立器件,安裝時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離耗散功率大的元器件.(7) 對(duì)于工作于真空環(huán)境中的半導(dǎo)體分立器件,散熱器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以只有輻射和傳導(dǎo)散熱為基礎(chǔ).3) 散熱器常用的散熱器大致有:平板形,平行肋片形,叉指形,星形等,如圖2.2(a)(d)所示.圖2.2 散熱器形狀(a) 平板形;(b) 平行肋片形;(c) 叉指形;(d) 星形3. 變壓器的散熱措施1) 溫度對(duì)變壓器的影響溫度對(duì)變壓器的影響除降低其使用壽命外,絕緣材