應(yīng)用可靠性元器件選用

1、關(guān)于應(yīng)用可靠性元器件選用第一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月質(zhì)量與可靠性標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ七專技術(shù)條件QZT（專批、專技、專人、專機(jī)、專料、專檢、專卡，QZJ8406）質(zhì)量與可靠性規(guī)范中國軍用電子元器件合格產(chǎn)品目錄（JQPL）中國軍用電子元器件合格制造廠一覽表（JQML）中國電子元器件質(zhì)量認(rèn)證委員會認(rèn)證合格產(chǎn)品（IECQ）優(yōu)選元器件清單（PPL，如美國軍用電氣、電子、機(jī)電元件清單MIL-STD-975M）使用規(guī)范與用戶手冊2.1 元器件質(zhì)量等級 國產(chǎn)元器件的質(zhì)量規(guī)范第二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月級（特軍級）A2級：單片0.1A3級：單片

2、0.25，混合0.5B級（普軍級）B1級：單片0.5，混合1.0B2級：單片1.0，混合3.0C級（民用級）C1級：單片4.0，混合8.0C2級：單片14.0（塑料封裝）2.1 元器件質(zhì)量等級 國產(chǎn)集成電路質(zhì)量等級第三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月使用時應(yīng)依據(jù) 的順序選用：I：列入軍用電子元器件QPL、QML表的產(chǎn)品II：工程應(yīng)用效果良好，近期有生產(chǎn)供貨的產(chǎn)品III：近年按國家軍用電子元器件新品研制計劃完成的新品 2.1 元器件質(zhì)量等級 國產(chǎn)元器件的優(yōu)選等級第四張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月宇航級S級：0.25S-1：0.75軍用級B級：1.0B-1級：2.0B-2級：

3、5.0民用級D級：10.0D-1級：20.0 工作溫度范圍軍用：-55+125工業(yè)用：-40+85商業(yè)用： 0+702.1 元器件質(zhì)量等級 美國集成電路的質(zhì)量等級第五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月詳細(xì)規(guī)范及符合的標(biāo)準(zhǔn)（國軍標(biāo)、國標(biāo)、行標(biāo)、企標(biāo)）質(zhì)量等級（GJB/Z299B )與可靠性水平（失效率、壽命等）認(rèn)證情況（QPL、QML、PPL、IECQ）成品率、工藝控制水平和批量生產(chǎn)情況（SPC）采用的工藝和材料（最好能提供工藝控制數(shù)據(jù)和材料參數(shù)指標(biāo)）可靠性試驗數(shù)據(jù)（加速與現(xiàn)場，環(huán)境與壽命，近期及以往）使用手冊與操作規(guī)范2.1 元器件質(zhì)量等級 供貨商應(yīng)提供的可靠性信息第六張，PPT共二十

4、九頁，創(chuàng)作于2022年6月盡量選用標(biāo)準(zhǔn)和通用器件，慎重選用新品種和非標(biāo)準(zhǔn)器件盡量壓縮元器件的品種、規(guī)格及生產(chǎn)廠點多選用集成電路，少選用分立器件不用無功能及質(zhì)量檢測手段的器件注重器件制造技術(shù)的成熟性（長期、連續(xù)、穩(wěn)定、大批量，成品率高）考查生產(chǎn)廠家的工藝水平、質(zhì)量控制能力和產(chǎn)品信譽(yù)選用能提供完善的可靠性應(yīng)用指南或規(guī)范的器件2.2 元器件選擇要點 品種型號的選擇原則第七張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月以集成電路為例：最小線條： 0.350.250.180.13um襯底材料： CMOSSOISiGeGaAsSiC互連材料：CuAl（國外先進(jìn)工藝） AlCu（國內(nèi)現(xiàn)有工藝）鈍化材料：SiNP

5、SG聚烯亞胺 無機(jī)有機(jī)鍵合材料：AuAl(Si）電路形式：數(shù)/模分離數(shù)/模合一RF/BB分離RF/BB合一2.2 元器件選擇要點 考察器件制造工藝水平鍵合材料與引線機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)系第八張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月對于設(shè)備關(guān)鍵部位和國家重點工程所用的國外集成電路要通過MIL-STD883試驗，分立半導(dǎo)體器件的質(zhì)量要符合MIL-S-19500的要求供貨渠道可靠的品牌公司或國內(nèi)代理商在產(chǎn)品長期使用中質(zhì)量穩(wěn)定可靠的老供貨商能提供委托方的產(chǎn)品質(zhì)量證明或試驗檢測報告的供貨商無不合格的性能指標(biāo)參數(shù)不是已停止生產(chǎn)或不再供貨的產(chǎn)品2.2 元器件選擇要點 國外元器件選用第九張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于

6、2022年6月質(zhì)量、成品率與可靠性質(zhì)量：出廠檢驗或老化篩選中發(fā)現(xiàn)的有缺陷器件數(shù) 成品率：批量器件中的合格器件數(shù) 可靠性：經(jīng)歷一年以上的上機(jī)時間后的失效器件數(shù)一般而言，器件的質(zhì)量與成品率越高，可靠性越好。但質(zhì)量與成品率相同的器件，可靠性并非完全相同第十張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月塑料封裝：成本低，氣密性差，吸潮，承受功率小，易老化，不易散熱陶瓷封裝：氣密性好，耐高溫，承受功率大，成本高金屬封裝：氣密性好，耐高溫，承受功率較大，屏蔽效果好，成本高2.2 元器件選擇要點 封裝的選擇:封裝材料第十一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月有引腳元件：寄生電感1nH/mm/引腳（越短越好

7、），寄生電容4pF/引腳無引腳元件：寄生電感0.5nH/端口，寄生電容0.3pF/端口表面貼裝放射狀引腳軸面平行引腳2.2 元器件選擇要點 封裝的選擇:管腳形式第十二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月SMT有利于可靠性的原因引線極短：降低了分布電感和電容，提高了抗干擾能力機(jī)械強(qiáng)度高：提高了電路抗振動和沖擊的能力裝配一致性好：成品率高，參數(shù)離散性小2.2 元器件選擇要點 封裝的選擇:表面貼裝第十三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月引線涂覆形式的選擇鍍金：環(huán)境適應(yīng)性好，易焊性佳，成本高鍍錫：易焊性好，環(huán)境適應(yīng)性一般，成本中等熱焊料浸漬涂覆：質(zhì)量最差內(nèi)部鈍化材料的選擇芯片表面涂覆有機(jī)

8、涂層或有機(jī)薄膜：慎用芯片表面淀積有無機(jī)材料薄膜：可用內(nèi)部氣氛真空封裝：抗輻照，對管殼密封性要求高惰性氣體封裝：易形成污染及電離氣體，有利于抵抗外界氣氛侵入2.2 元器件選擇要點 引線及鈍化材料的選擇第十四張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二極管與三極管慎用鍺管（工作溫度范圍?。┥饔命c接觸器件（機(jī)械強(qiáng)度差）VDMOS功率管優(yōu)于雙極功率管（安全工作區(qū)大，無二次擊穿，功耗小，速度快）電壓、電流、功率留有足夠的余量集成穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓器開關(guān)電源線性穩(wěn)壓器帶輸出過流保護(hù)和芯片熱保護(hù)開關(guān)穩(wěn)壓器不帶串聯(lián)調(diào)整管2.2 元器件選擇要點 晶體管與穩(wěn)壓器的選擇第十五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月C

9、MOSNMOSTTL能用低速的就不用高速的，高速器件只用在關(guān)鍵的地方能用集成度高的就不用集成度低的不同類型的同類電路（如CMOS和TTL邏輯電路）不宜混用，以防延遲時間不同造成干擾輸入抗干擾能力要強(qiáng)（帶施密特觸發(fā)器或線接收器）輸出驅(qū)動能力要強(qiáng)（帶緩沖器或線驅(qū)動器）Mask ROMEPROMEEPROMFlash ROM2.2 元器件選擇要點 數(shù)字集成電路的選擇第十六張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月上升/下降時間為1ns的理想60MHz方波的頻譜 在滿足電路要求的前提下，采用盡可能低的時鐘頻率2.2 元器件選擇要點 時鐘頻率的選擇第十七張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月電源與地

10、的引腳較近多個電源及地線引腳輸出電壓波動性小電源瞬態(tài)電流低開關(guān)速率可控I/O端口與傳輸線匹配差動信號傳輸?shù)鼐€反射較低對ESD及其它干擾現(xiàn)象的抗擾性好輸入電容小輸入級驅(qū)動能力不超過實際應(yīng)用的要求2.2 元器件選擇要點 電磁兼容性好的IC第十八張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 集成運算放大器 差模與輸入極限電壓盡量高 帶輸入、輸出、電源端保護(hù)電路 轉(zhuǎn)換速率夠用即可 數(shù)據(jù)采集電路 優(yōu)先選擇CMOS開關(guān) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)選“先斷后通”型，以防各信號源相互短路 放大器增益控制則應(yīng)選擇“先通后斷”型，以防運放瞬時短路 帶輸入過載保護(hù) 采樣/保存電路 信號變化速率較高：選孔徑時間較少的品種 保存時

11、間較長：選保持狀態(tài)漏電小的品種 采樣頻率較高：選捕獲時間足夠小的品種 精度要求較高：選電荷轉(zhuǎn)移足夠小的品種2.2 元器件選擇要點 模擬集成電路的選擇第十九張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 金屬膜RJ：環(huán)境溫度范圍寬（55125 ），噪聲小，精度高 碳膜RT：環(huán)境溫度范圍小（金屬膜線繞 干擾性：線繞金屬膜碳膜2.2 元器件選擇要點 電阻器的選擇第二十張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 失效率：滌綸聚苯乙烯玻璃釉瓷片密封紙介金屬化紙介固體鉭電解液體鉭電解液體鉭電解鋁電解 帶負(fù)荷能力：無機(jī)介質(zhì)高分子有機(jī)介質(zhì)電解2.2 元器件選擇要點 電容器的選擇第二十一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于

12、2022年6月瓷介電容器的選擇類型COG、NPOX7RY5V、Z5U溫度系數(shù)（額定工作范圍）070%容量隨工作電壓的變化（最大值）03070介電常數(shù)（相對值）1010020004000500025000第二十二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月定義極限參數(shù)器件使用時的工作條件及環(huán)境條件的最大允許值功能約束可靠性約束分類電流最大額定值：極限電流電壓最大額定值：擊穿電壓溫度最大額定值：最高允許結(jié)溫(塑料封裝125150，金屬封裝150200，化合物器件150175 ），最低允許結(jié)溫（0-55 ）功率最大額定值：取決于最高允許結(jié)溫和熱阻注意工作額定值與最大額定值之間應(yīng)留有充分的余量用戶不要直

13、接測試最大額定值多個參數(shù)不要同時接近最大額定值2.3 元器件降額使用 微電子器件的最大額定值第二十三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器2.3 元器件降額使用 實例：最大額定值選用不當(dāng)?shù)诙膹?，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月原理工作溫度每上升10 ，器件的退化速率增加1倍使用功率降低到額定功率的1/2，器件失效率降低為額定失效率的1/4方法工作應(yīng)力額定應(yīng)力線路設(shè)計（電降額） 結(jié)構(gòu)設(shè)計（熱降額）作用延長壽命提高抵抗過應(yīng)力的安全余量2.3 元器件降額使用 微電子器件的降額使用第二十五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月降額等級可靠性改善程度應(yīng)用場合典型應(yīng)用場合

14、設(shè)備可維修性設(shè)計難度I級最大設(shè)備失效將導(dǎo)致人員傷亡或裝備與保障設(shè)施的嚴(yán)重破壞地面設(shè)備無法維修或不宜維修最大II級較大設(shè)備失效將導(dǎo)致裝備與保障設(shè)施的破壞航空設(shè)備維修費用較高較大III級中等設(shè)備失效不會導(dǎo)致人員傷亡或裝備與保障設(shè)施的破壞宇航及導(dǎo)彈系統(tǒng)可迅速、經(jīng)濟(jì)地維修較小2.3 元器件降額使用 降額應(yīng)合理(1)第二十六張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 合理選擇降額因子 降額因子一般為0.7-0.8，不宜0.5 降額過度的后果 增加了整機(jī)的成本、體積和重量 增加了設(shè)計難度 減少了電路的動態(tài)范圍 引入 新的失效機(jī)理 降額過度的實例 功率雙極晶體管：電流降額過度使hFE顯著下降 塑料封裝器件：功率降額過度使?jié)駳獾挠绊懮仙娮庸埽簾艚z電壓降額過度使陰極表面雜質(zhì)吸附嚴(yán)重遵循標(biāo)準(zhǔn)GJB/Z35元器件降額準(zhǔn)則2.3 元器件降額使用