電子產品可靠性設計分析方法ppt課件

1、電子產品可靠性設計分析方法北京航空航天大學可靠性工程研討所北京現(xiàn)代青亞科技電子產品可靠性設計分析方法電子元器件的選擇與運用電子元器件的選擇與運用(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 )降額設計降額設計(GJB/Z35-93，元器件降額準那么，元器件降額準那么 )熱分析熱設計熱分析熱設計(GJBZ27-92，電子設備可靠性熱，電子設備可靠性熱設計手冊設計手冊 )環(huán)境應力挑選環(huán)境應力挑選(GJB1032-90，電子產品環(huán)境應，電子產品環(huán)境應力挑選方法力挑選方法 )電子元器件的選擇與運用為什么要控制選擇與正確運用電子元器件為什么要控制選擇與正確運用電子元器件電子元

2、器件的質量等級電子元器件的質量等級元器件的選擇控制元器件的選擇控制目的目的原那么原那么管理管理元器件的正確運用元器件的正確運用為什么要控制電子元器件的選擇與正確運用電子元器件是電子、電氣系統(tǒng)的根底產品，是可以完成預定功能而不能再分割的電路根本單元，其本身的可靠性是非常重要的；設計人員注重元器件的功能與性能，不關懷其“質量等級；元器件的采購缺乏“質量等級概念“，渠道不暢、不穩(wěn)；元器件的運用：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，而是由于運用者對元器件選擇不當或運用有誤。航天部半導體器件失效分析中心的統(tǒng)計數(shù)字：前往質量等級：是指元器件裝機運用之前，在制造、實驗及挑質量等級：是指元器

3、件裝機運用之前，在制造、實驗及挑選過程中其質量的控制等級。選過程中其質量的控制等級。 它對元器件的失效率有很大它對元器件的失效率有很大的影響。的影響。目前，估計國外、國內元器件失效率時，用質量系數(shù)目前，估計國外、國內元器件失效率時，用質量系數(shù)QQ作作為不同質量等級對元器件任務失效率影響的調整系數(shù)。為不同質量等級對元器件任務失效率影響的調整系數(shù)。國外電子元器件的質量等級電子元器件的質量等級電子元器件的質量等級半導體集成電路質量系數(shù)等級國內元器件的質量等級前往元器件的選擇與控制 目的 保證元器件的性能、質量等應滿足產品要求； 保證暢通的采購渠道、穩(wěn)定的貨源； 減少種類； 降低采購費用； 正確的運用

4、。 選擇控制的總原那么 元器件的技術性能、質量等級、運用條件等應滿足產品要求； 優(yōu)先選用經實際證明質量穩(wěn)定、可靠性高、有開展出路且供應渠道可靠的規(guī)范元器件； 在產品設計時，應最大限制地緊縮元器件的種類、規(guī)格及其消費廠點； 要嚴厲控制新研元器件的運用。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 建立控制方案 控制戰(zhàn)略：全面、重點，即廣度與深度 控制元器件的稱號與種類 規(guī)定選用的順序 元器件優(yōu)選清單(PPL) QPL：Qualified Product List 經過質量鑒定合格的元器件清單(合格元器件清單) PPL：Preferred Parts List 優(yōu)選元器件品清單 制定降

5、額準那么、熱設計準那么及其他運用指南 元器件挑選 對轉承制方元器件選用要求及控制 對選用非優(yōu)選元器件的控制程序繼續(xù)PPL清單X XX X 型型飛飛機機電電子子元元器器件件優(yōu)優(yōu)選選目目錄錄（1 19 99 94 4） 序序號號 元元器器件件名名稱稱 型型號號 主主要要技技術術參參數(shù)數(shù) 結結構構外外形形 適適用用標標準準 生生產產廠廠家家 適適用用類類別別 精精密密金金屬屬模模電電阻阻器器 R RJ J2 25 5- -1 1/ /2 2 阻阻 值值 范范圍圍： 溫溫 度度 范范圍圍： 3 3. .9 9 1 10 0. .5 5 R RU UO O. .4 46 67 7. .0 02 28 8

6、J JT T 7 71 18 8 廠廠 優(yōu)優(yōu)選選 分分頻頻器器 5 54 4L LS S6 67 73 3 M MI IL L- -S ST TD D- -8 88 83 3 M MO OT TO OR RO OL LA A 優(yōu)優(yōu)選選 優(yōu)選清單格式返 回QPL清單元器件的選擇與控制 國產電子元器件的優(yōu)選順序國產電子元器件的優(yōu)選順序 按國家規(guī)范按國家規(guī)范GB、國家軍用規(guī)范、國家軍用規(guī)范GJB、“七專七專技術條件技術條件QZJ、電子工業(yè)部規(guī)范、電子工業(yè)部規(guī)范SJ執(zhí)行執(zhí)行 “七專產品七專產品 引薦種類引薦種類 保管種類保管種類 適用種類適用種類 國外電子元器件的優(yōu)選國外電子元器件的優(yōu)選 國外已構成了

7、一系列的軍用規(guī)范和規(guī)范國外已構成了一系列的軍用規(guī)范和規(guī)范 問題問題 忽視檢測忽視檢測 概念模糊，選擇不當：概念模糊，選擇不當：“軍用溫度范圍當軍用溫度范圍當“軍品軍品 要求不明，采購不當要求不明，采購不當 渠道混亂，上當上當渠道混亂，上當上當前往元器件的正確運用 運用中存在的問題運用中存在的問題 對元器件的性能掌握不夠。對元器件的性能掌握不夠。 測試不當或丈量儀器接地不當而燒毀電路。測試不當或丈量儀器接地不當而燒毀電路。 調機不當，呵斥損傷調機不當，呵斥損傷 靜電損傷值得留意靜電損傷值得留意 措施措施 降額運用降額運用 熱設計熱設計 抗輻射設計抗輻射設計 防靜電設計防靜電設計 操作過程中的問題

8、操作過程中的問題 儲存與保管的問題儲存與保管的問題元器件的正確運用 抗輻射設計抗輻射設計 航天器中運用的元器件：外空間的各種輻射航天器中運用的元器件：外空間的各種輻射 核爆炸環(huán)境：高能中子和射線核爆炸環(huán)境：高能中子和射線 防靜電設計防靜電設計 制造過程制造過程(人的靜電防護人的靜電防護) 儲存儲存 運輸過程運輸過程 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)境存儲環(huán)境前往降額設計 降額設計概念與目的降額設計概念與目的 降額設計就是使元器件或設備任務時接受的任務應力適降額設計就是使元器件或設備任務時接受的任務應力適當降低于元器件或設備

9、的額定值；當降低于元器件或設備的額定值； 降低根本缺點率、提高運用可靠性的目的例子：陶瓷降低根本缺點率、提高運用可靠性的目的例子：陶瓷電源；電源； 降額主要要素：電應力和溫度降額主要要素：電應力和溫度 降額設計的關鍵：降額的程度與效果；降額設計的關鍵：降額的程度與效果； 降額等級降額等級 級降額：最大適用于缺點危及平安、導致義務失敗級降額：最大適用于缺點危及平安、導致義務失敗 和呵和呵斥艱苦經濟損失的情況；斥艱苦經濟損失的情況； 級降額：適用于缺點使義務降級和添加不合理的維修費級降額：適用于缺點使義務降級和添加不合理的維修費用；用； 級降額：適用于缺點對義務完成影響很小和少量的維級降額：適用于

10、缺點對義務完成影響很小和少量的維修。修。 降額設計原那么降額設計原那么 降額準那么的制定與實施降額準那么的制定與實施降額準那么闡明降額設計原那么 降額設計原那么降額設計原那么 各類元器件均有一個最正確的降額范圍，在此范圍內各類元器件均有一個最正確的降額范圍，在此范圍內應力變化對其缺點率影響較大。過度的降額也不可取應力變化對其缺點率影響較大。過度的降額也不可取，添加元器件的數(shù)量；降額到一定程度后，可靠性的，添加元器件的數(shù)量；降額到一定程度后，可靠性的提高是很微小的；過度降額反而有害：大功率晶體管提高是很微小的；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)定性降低在小電流下

11、，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，反而應在額定值；繼電器的線包電流不僅不能降低，反而應在額定值之上，否那么影響可靠的接觸；之上，否那么影響可靠的接觸； 電應力降額容易，對溫度降額，主要依托熱設計；電應力降額容易，對溫度降額，主要依托熱設計； 降額提高可靠性，但要綜合思索可靠性、體積、分量降額提高可靠性，但要綜合思索可靠性、體積、分量和費用等問題；和費用等問題； 根據設計、可靠性等的需求進展，普通參照根據設計、可靠性等的需求進展，普通參照GJB/Z-35。降額準那么的制定與實施 降額準那么的制定降額準那么的制定 在工程型號中制定降額準那么，指點降額設計；在工程型

12、號中制定降額準那么，指點降額設計； 參照參照GJB/Z-35制定降額準那么制定降額準那么 根據可靠性需求、以往的閱歷或類似型號的降額準那根據可靠性需求、以往的閱歷或類似型號的降額準那么確定么確定 元器件的種類及其在不同重要性要求下的降額等級；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)系統(tǒng)/分系統(tǒng)及其要求的降額等級；分系統(tǒng)及其要求的降額等級； 確定詳細的參數(shù)應力；確定詳細的參數(shù)應力； 編制降額準那么初稿；編制降額準那么初稿； 廣泛征求意見，修正降額準那么初稿；廣泛征求意見，修正降額準那么初稿； 確定正式的確定正式的“降額準那么；降額準那么；降額準那么的制定與實施 可靠性設計準那么的實施

13、可靠性設計準那么的實施 將準那么作為將準那么作為“總師的規(guī)范文件下發(fā)執(zhí)行；總師的規(guī)范文件下發(fā)執(zhí)行； 設計人員學習，熟習準那么；設計人員學習，熟習準那么； 對照與本人設計部分相關的準那么，進展設計，確定對照與本人設計部分相關的準那么，進展設計，確定參數(shù)的應力值；參數(shù)的應力值； 設計人員自查其設計對準那么的設計人員自查其設計對準那么的“符合性：符合性： 不符合的條款，闡明理由不符合的條款，闡明理由“為什么不符合，并報上為什么不符合，并報上一級設計主管；一級設計主管； 編制準那么符合性報告；編制準那么符合性報告； 與可靠性估計相結合；與可靠性估計相結合； 組織專家評審，進展組織專家評審，進展“符合性

14、檢查；符合性檢查； 對對“不符合的條款，根據其對可靠性影響的程度，不符合的條款，根據其對可靠性影響的程度，決策處置。決策處置。前往熱分析、熱設計熱分析、熱設計 熱分析、熱設計的概念熱分析、熱設計的概念 熱分析：獲得產品的溫度分布熱分析：獲得產品的溫度分布 熱設計：采取相應的溫度控制措施，控制電子設備的熱設計：采取相應的溫度控制措施，控制電子設備的溫度溫度 緣由與目的緣由與目的 電子產品可靠性對溫度是非常敏感電子產品可靠性對溫度是非常敏感 提高可靠性提高可靠性 熱分析的內容與手段熱分析的內容與手段 溫度溫度 計算熱測計算熱測 熱設計的方法熱設計的方法 電路板規(guī)劃電路板規(guī)劃 散熱措施散熱措施熱分析

15、、熱設計熱分析、熱設計緣由和目緣由和目的的 緣由與目的緣由與目的 電子產品可靠性對溫度是非常敏感，如下圖，但溫度電子產品可靠性對溫度是非常敏感，如下圖，但溫度生高時，器件缺點率迅速增大；電路板變形生高時，器件缺點率迅速增大；電路板變形 合理溫度規(guī)劃，控制溫度，提高可靠性合理溫度規(guī)劃，控制溫度，提高可靠性熱分析、熱設計熱分析、熱設計熱分析的內容熱分析的內容與手段與手段 熱分析的內容熱分析的內容 結點溫度：元器件結點溫度：元器件PN結溫度，普通是元件的最高溫度；結溫度，普通是元件的最高溫度； 殼溫度：元器件的殼的外外表的溫度；殼溫度：元器件的殼的外外表的溫度； 電路板溫度：延續(xù)的二維溫度分布，各點

16、的溫度是厚度電路板溫度：延續(xù)的二維溫度分布，各點的溫度是厚度方向的平均值；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，也是二電路板溫度梯度：沿著長度方向的溫度變化率，也是二維的；維的； 熱分析手段熱分析手段 計算：解析法傳熱方程的解析解和數(shù)值法利用計計算：解析法傳熱方程的解析解和數(shù)值法利用計算機求解溫度分布，如算機求解溫度分布，如BETAsoft-Board軟件；軟件； 熱測設備丈量熱測設備丈量熱分析、熱設計熱分析、熱設計熱設計的熱設計的方法方法 電路板規(guī)劃電路板規(guī)劃 在滿足約束條件下，合理元器件規(guī)劃，將功率大的器件分在滿足約束條件下，合理元器件規(guī)劃，將功率大的器件分散放置，減少

17、或消除熱應力集中點，從而降低溫度；散放置，減少或消除熱應力集中點，從而降低溫度； 散熱措施散熱措施 散熱原理散熱原理 熱傳導、熱對流、熱輻射熱傳導、熱對流、熱輻射 熱設計熱設計 元器件溫度控制：熱降額、導熱膠、冷板設計元器件溫度控制：熱降額、導熱膠、冷板設計 電路板：運用耐熱高的印刷板，添加厚度利于導熱和自然電路板：運用耐熱高的印刷板，添加厚度利于導熱和自然散熱散熱 機箱：自然冷卻、強迫風冷、冷板設計、散熱器機箱：自然冷卻、強迫風冷、冷板設計、散熱器熱分析、熱設計熱分析、熱設計例如例如( (熱熱分布分布) )熱分析、熱設計熱分析、熱設計例如例如( (溫度剃溫度剃度分布度分布) )前往元器件的挑

18、選(GJB1032-90)元器件挑選的概念與目的元器件挑選的概念與目的元器件挑選：在產品出廠前，有意將環(huán)境應力元器件挑選：在產品出廠前，有意將環(huán)境應力施加到產品上，使產品的潛在缺陷加速開展成施加到產品上，使產品的潛在缺陷加速開展成早期缺點，并加以排除，從而提高產品的可靠早期缺點，并加以排除，從而提高產品的可靠性性;經過實驗剔除不合格或有早期失效的產品。經過實驗剔除不合格或有早期失效的產品。早期缺點期早期缺點期偶爾缺點偶爾缺點期期耗損缺點耗損缺點期期t t (t)(t)目的：淘汰有缺陷的器件：資料缺陷、工藝缺陷、設備情況等要素引入；根據運用要求，篩去不符合的器件：壽命、運用環(huán)境，如溫度、輻射、振

19、動等美國衛(wèi)星ANIUYK20V計算機AG3變換器A-A17慣導系統(tǒng)電子燃料放射系統(tǒng)HEWLITT臺式計算機我國某飛機的大氣數(shù)據計算機元器件的挑選元器件的挑選挑選的原那么與難點挑選的原那么與難點原那么：既要剔除不合格的產品、又不能將好的產品弄原那么：既要剔除不合格的產品、又不能將好的產品弄壞壞難點：挑選時的方法、應力大小和時間難點：挑選時的方法、應力大小和時間挑選的種類挑選的種類一次挑選挑選、二次挑選目的：挑選應力不夠、一次挑選挑選、二次挑選目的：挑選應力不夠、針對性差、檢驗針對性差、檢驗器件挑選、電路板挑選設備級挑選器件挑選、電路板挑選設備級挑選挑選應力挑選應力溫度循環(huán)溫度循環(huán)(75% 85%

20、)隨機振動循環(huán)隨機振動循環(huán)(15% 25%)，兩者綜合：，兩者綜合：90%溫溫 度：度： 最高最高 55 55 +125 oC +125 oC 普通普通 40 40 +95 oC +95 oC 最低最低 40 40 +75 oC +75 oC溫溫 變變 率：率： 最高最高 20 oC/min20 oC/min 普通普通 15 oC/min15 oC/min 最低最低 5 oC/min5 oC/min隨機振動：隨機振動： 假設一個方向假設一個方向 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

21、度功率譜密度 0.04g2/Hz 0.04g2/Hz 元器件的挑選環(huán)境應力挑選環(huán)境應力挑選(ESS)(ESS)機理及根本方法機理及根本方法元器件的挑選的方法 元器件挑選方法分類元器件挑選方法分類 非破壞性實驗：對好的器件無損傷非破壞性實驗：對好的器件無損傷 破壞性實驗；實驗后器件損壞，不能運用破壞性實驗；實驗后器件損壞，不能運用 非破壞性實驗工程非破壞性實驗工程GJB597、GJB33 內內/外部目檢封帽前：封裝前后目視檢查有無問題外部目檢封帽前：封裝前后目視檢查有無問題； 老練挑選：根據失效率特征浴盆曲線，使器件在老練挑選：根據失效率特征浴盆曲線，使器件在一定的溫度下任務一段時間；時間和溫度一定的溫度下任務一段時間；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，氦質譜細檢、氟油初檢檢漏：密封性檢查，氦質譜細檢、氟油初檢 。 破壞性實驗破壞性實驗 開帽目檢：翻開封裝目視檢查開帽目檢：翻開封裝目視檢查 芯片剪切強度實驗：芯片剪切強度實驗： 變