應(yīng)用可靠性元器件選用

關(guān)于應(yīng)用可靠性元器件選用第1頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三質(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、?？?，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(huì)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(cè)2.1元器件質(zhì)量等級(jí)國產(chǎn)元器件的質(zhì)量規(guī)范第2頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三Ａ級(jí)（特軍級(jí)）A2級(jí)：單片0.1A3級(jí)：單片0.25，混合0.5B級(jí)（普軍級(jí)）B1級(jí)：單片0.5，混合1.0B2級(jí)：單片1.0，混合3.0C級(jí)（民用級(jí)）C1級(jí)：單片4.0，混合8.0C2級(jí)：單片14.0（塑料封裝）2.1元器件質(zhì)量等級(jí)國產(chǎn)集成電路質(zhì)量等級(jí)第3頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三使用時(shí)應(yīng)依據(jù)Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ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(jì)劃完成的新品2.1元器件質(zhì)量等級(jí)國產(chǎn)元器件的優(yōu)選等級(jí)第4頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三宇航級(jí)S級(jí)：0.25S-1：0.75軍用級(jí)B級(jí)：1.0B-1級(jí)：2.0B-2級(jí)：5.0民用級(jí)D級(jí)：10.0D-1級(jí)：20.0

工作溫度范圍軍用：-55~+125℃工業(yè)用：-40~+85℃商業(yè)用：0~+70℃2.1元器件質(zhì)量等級(jí)美國集成電路的質(zhì)量等級(jí)第5頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三詳細(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(jí)（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(yàn)數(shù)據(jù)（加速與現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境與壽命，近期及以往）使用手冊(cè)與操作規(guī)范2.1元器件質(zhì)量等級(jí)供貨商應(yīng)提供的可靠性信息第6頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三盡量選用標(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(diǎn)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(cè)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(diǎn)品種型號(hào)的選擇原則第7頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三以集成電路為例：最小線條：0.35>0.25>0.18>0.13um襯底材料：CMOS>SOI>SiGe>GaAs>SiC互連材料：Cu>Al（國外先進(jìn)工藝）

Al>Cu（國內(nèi)現(xiàn)有工藝）鈍化材料：SiN>PSG>聚烯亞胺 無機(jī)>有機(jī)鍵合材料：Au>Al(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(diǎn)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8頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三對(duì)于設(shè)備關(guān)鍵部位和國家重點(diǎn)工程所用的國外集成電路要通過MIL-STD883試驗(yàn)，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(yàn)檢測(cè)報(bào)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(diǎn)國外元器件選用第9頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三質(zhì)量、成品率與可靠性質(zhì)量：出廠檢驗(yàn)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(shí)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10頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三塑料封裝：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(diǎn)封裝的選擇:封裝材料第11頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三有引腳元件：寄生電感1nH/mm/引腳（越短越好），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(diǎn)封裝的選擇:管腳形式第12頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三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(dòng)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(diǎn)封裝的選擇:表面貼裝第13頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三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)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(duì)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(diǎn)引線及鈍化材料的選擇第14頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三二極管與三極管慎用鍺管（工作溫度范圍?。┥饔命c(diǎn)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(diǎn)晶體管與穩(wěn)壓器的選擇第15頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三CMOS>NMOS>TTL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(shí)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(dòng)能力要強(qiáng)（帶緩沖器或線驅(qū)動(dòng)器）MaskROM>EPROM>EEPROM>FlashROM2.2元器件選擇要點(diǎn)數(shù)字集成電路的選擇第16頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三上升/下降時(shí)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(shí)鐘頻率2.2元器件選擇要點(diǎn)時(shí)鐘頻率的選擇第17頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三電源與地的引腳較近多個(gè)電源及地線引腳輸出電壓波動(dòng)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(dòng)信號(hào)傳輸?shù)鼐€反射較低對(duì)ESD及其它干擾現(xiàn)象的抗擾性好輸入電容小輸入級(jí)驅(qū)動(dòng)能力不超過實(shí)際應(yīng)用的要求2.2元器件選擇要點(diǎn)電磁兼容性好的IC第18頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三

集成運(yùn)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(hào)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(yùn)放瞬時(shí)短路帶輸入過載保護(hù)

采樣/保存電路信號(hào)變化速率較高：選孔徑時(shí)間較少的品種保存時(shí)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(shí)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(diǎn)模擬集成電路的選擇第19頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三

金屬膜RJ：環(huán)境溫度范圍寬（－55～＋125℃），噪聲小，精度高碳膜RT：環(huán)境溫度范圍?。?lt;40℃），噪聲大，價(jià)格低金屬氧化膜RY：耐熱性、穩(wěn)定性、機(jī)械性能好，在直流電壓和潮濕環(huán)境下工作易發(fā)生還原反應(yīng)線繞RX；噪聲極低，溫度系數(shù)很小，體積較大，阻值做不大合成膜RH：溫度系數(shù)和精度一般，失效率比RJ低0.5個(gè)量級(jí)，比RT低1個(gè)量級(jí)被干擾性：碳膜>金屬膜>線繞干擾性：線繞>金屬膜>碳膜2.2元器件選擇要點(diǎn)電阻器的選擇第20頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三

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<鋁電解容量穩(wěn)定性與低漏電：固體鉭電解>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(diǎn)電容器的選擇第21頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三瓷介電容器的選擇類型COG、NPOX7RY5V、Z5U溫度系數(shù)（額定工作范圍）～0<12%>70%容量隨工作電壓的變化（最大值）～030％70％介電常數(shù)（相對(duì)值）10～1002000～40005000～25000第22頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三定義極限參數(shù)器件使用時(shí)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125~150℃，金屬封裝150～200℃，化合物器件150～175℃），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接測(cè)試最大額定值多個(gè)參數(shù)不要同時(shí)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23頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器2.3元器件降額使用實(shí)例：最大額定值選用不當(dāng)?shù)?4頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三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(jì)（電降額）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（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25頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三降額等級(jí)可靠性改善程度應(yīng)用場(chǎng)合典型應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)備可維修性設(shè)計(jì)難度I級(jí)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(jí)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(fèi)用較高較大III級(jí)中等設(shè)備失效不會(huì)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26頁，共29頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)15分，星期三

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(jì)難度減少了電路的動(dòng)態(tài)范圍引入新的失效機(jī)理降額過度的實(shí)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