电子产品可靠性设计分析方法ppt课件

1、电子产品可靠性设计分析方法北京航空航天大学可靠性工程研讨所北京现代青亚科技电子产品可靠性设计分析方法电子元器件的选择与运用电子元器件的选择与运用(GJB546-88，电子元，电子元器件可靠性保证大纲器件可靠性保证大纲 )降额设计降额设计(GJB/Z35-93，元器件降额准那么，元器件降额准那么 )热分析热设计热分析热设计(GJBZ27-92，电子设备可靠性热，电子设备可靠性热设计手册设计手册 )环境应力挑选环境应力挑选(GJB1032-90，电子产品环境应，电子产品环境应力挑选方法力挑选方法 )电子元器件的选择与运用为什么要控制选择与正确运用电子元器件为什么要控制选择与正确运用电子元器件电子元

2、器件的质量等级电子元器件的质量等级元器件的选择控制元器件的选择控制目的目的原那么原那么管理管理元器件的正确运用元器件的正确运用为什么要控制电子元器件的选择与正确运用电子元器件是电子、电气系统的根底产品，是可以完成预定功能而不能再分割的电路根本单元，其本身的可靠性是非常重要的；设计人员注重元器件的功能与性能，不关怀其“质量等级；元器件的采购缺乏“质量等级概念“，渠道不畅、不稳；元器件的运用：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，而是由于运用者对元器件选择不当或运用有误。航天部半导体器件失效分析中心的统计数字：前往质量等级：是指元器件装机运用之前，在制造、实验及挑质量等级：是指元器

3、件装机运用之前，在制造、实验及挑选过程中其质量的控制等级。选过程中其质量的控制等级。 它对元器件的失效率有很大它对元器件的失效率有很大的影响。的影响。目前，估计国外、国内元器件失效率时，用质量系数目前，估计国外、国内元器件失效率时，用质量系数QQ作作为不同质量等级对元器件任务失效率影响的调整系数。为不同质量等级对元器件任务失效率影响的调整系数。国外电子元器件的质量等级电子元器件的质量等级电子元器件的质量等级半导体集成电路质量系数等级国内元器件的质量等级前往元器件的选择与控制 目的 保证元器件的性能、质量等应满足产品要求； 保证畅通的采购渠道、稳定的货源； 减少种类； 降低采购费用； 正确的运用

4、。 选择控制的总原那么 元器件的技术性能、质量等级、运用条件等应满足产品要求； 优先选用经实际证明质量稳定、可靠性高、有开展出路且供应渠道可靠的规范元器件； 在产品设计时，应最大限制地紧缩元器件的种类、规格及其消费厂点； 要严厉控制新研元器件的运用。元器件的选择与控制 元器件的控制大纲 建立元器件控制机构 建立控制方案 控制战略：全面、重点，即广度与深度 控制元器件的称号与种类 规定选用的顺序 元器件优选清单(PPL) QPL：Qualified Product List 经过质量鉴定合格的元器件清单(合格元器件清单) PPL：Preferred Parts List 优选元器件品清单 制定降

5、额准那么、热设计准那么及其他运用指南 元器件挑选 对转承制方元器件选用要求及控制 对选用非优选元器件的控制程序继续PPL清单X XX X 型型飞飞机机电电子子元元器器件件优优选选目目录录（1 19 99 94 4） 序序号号 元元器器件件名名称称 型型号号 主主要要技技术术参参数数 结结构构外外形形 适适用用标标准准 生生产产厂厂家家 适适用用类类别别 精精密密金金属属模模电电阻阻器器 R RJ J2 25 5- -1 1/ /2 2 阻阻 值值 范范围围： 温温 度度 范范围围： 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 厂厂 优优选选 分分频频器器 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 优优选选 优选清单格式返 回QPL清单元器件的选择与控制 国产电子元器件的优选顺序国产电子元器件的优选顺序 按国家规范按国家规范GB、国家军用规范、国家军用规范GJB、“七专七专技术条件技术条件QZJ、电子工业部规范、电子工业部规范SJ执行执行 “七专产品七专产品 引荐种类引荐种类 保管种类保管种类 适用种类适用种类 国外电子元器件的优选国外电子元器件的优选 国外已构成了

7、一系列的军用规范和规范国外已构成了一系列的军用规范和规范 问题问题 忽视检测忽视检测 概念模糊，选择不当：概念模糊，选择不当：“军用温度范围当军用温度范围当“军品军品 要求不明，采购不当要求不明，采购不当 渠道混乱，上当上当渠道混乱，上当上当前往元器件的正确运用 运用中存在的问题运用中存在的问题 对元器件的性能掌握不够。对元器件的性能掌握不够。 测试不当或丈量仪器接地不当而烧毁电路。测试不当或丈量仪器接地不当而烧毁电路。 调机不当，呵斥损伤调机不当，呵斥损伤 静电损伤值得留意静电损伤值得留意 措施措施 降额运用降额运用 热设计热设计 抗辐射设计抗辐射设计 防静电设计防静电设计 操作过程中的问题

8、操作过程中的问题 储存与保管的问题储存与保管的问题元器件的正确运用 抗辐射设计抗辐射设计 航天器中运用的元器件：外空间的各种辐射航天器中运用的元器件：外空间的各种辐射 核爆炸环境：高能中子和射线核爆炸环境：高能中子和射线 防静电设计防静电设计 制造过程制造过程(人的静电防护人的静电防护) 储存储存 运输过程运输过程 操作过程中的问题操作过程中的问题 安装的机械损伤安装的机械损伤 储存与保管的问题储存与保管的问题 存储环境存储环境前往降额设计 降额设计概念与目的降额设计概念与目的 降额设计就是使元器件或设备任务时接受的任务应力适降额设计就是使元器件或设备任务时接受的任务应力适当降低于元器件或设备

9、的额定值；当降低于元器件或设备的额定值； 降低根本缺点率、提高运用可靠性的目的例子：陶瓷降低根本缺点率、提高运用可靠性的目的例子：陶瓷电源；电源； 降额主要要素：电应力和温度降额主要要素：电应力和温度 降额设计的关键：降额的程度与效果；降额设计的关键：降额的程度与效果； 降额等级降额等级 级降额：最大适用于缺点危及平安、导致义务失败级降额：最大适用于缺点危及平安、导致义务失败 和呵和呵斥艰苦经济损失的情况；斥艰苦经济损失的情况； 级降额：适用于缺点使义务降级和添加不合理的维修费级降额：适用于缺点使义务降级和添加不合理的维修费用；用； 级降额：适用于缺点对义务完成影响很小和少量的维级降额：适用于

10、缺点对义务完成影响很小和少量的维修。修。 降额设计原那么降额设计原那么 降额准那么的制定与实施降额准那么的制定与实施降额准那么阐明降额设计原那么 降额设计原那么降额设计原那么 各类元器件均有一个最正确的降额范围，在此范围内各类元器件均有一个最正确的降额范围，在此范围内应力变化对其缺点率影响较大。过度的降额也不可取应力变化对其缺点率影响较大。过度的降额也不可取，添加元器件的数量；降额到一定程度后，可靠性的，添加元器件的数量；降额到一定程度后，可靠性的提高是很微小的；过度降额反而有害：大功率晶体管提高是很微小的；过度降额反而有害：大功率晶体管在小电流下，大大降低放大系数而且参数稳定性降低在小电流下

11、，大大降低放大系数而且参数稳定性降低；继电器的线包电流不仅不能降低，反而应在额定值；继电器的线包电流不仅不能降低，反而应在额定值之上，否那么影响可靠的接触；之上，否那么影响可靠的接触； 电应力降额容易，对温度降额，主要依托热设计；电应力降额容易，对温度降额，主要依托热设计； 降额提高可靠性，但要综合思索可靠性、体积、分量降额提高可靠性，但要综合思索可靠性、体积、分量和费用等问题；和费用等问题； 根据设计、可靠性等的需求进展，普通参照根据设计、可靠性等的需求进展，普通参照GJB/Z-35。降额准那么的制定与实施 降额准那么的制定降额准那么的制定 在工程型号中制定降额准那么，指点降额设计；在工程型

12、号中制定降额准那么，指点降额设计； 参照参照GJB/Z-35制定降额准那么制定降额准那么 根据可靠性需求、以往的阅历或类似型号的降额准那根据可靠性需求、以往的阅历或类似型号的降额准那么确定么确定 元器件的种类及其在不同重要性要求下的降额等级；元器件的种类及其在不同重要性要求下的降额等级； 系统系统/分系统及其要求的降额等级；分系统及其要求的降额等级； 确定详细的参数应力；确定详细的参数应力； 编制降额准那么初稿；编制降额准那么初稿； 广泛征求意见，修正降额准那么初稿；广泛征求意见，修正降额准那么初稿； 确定正式的确定正式的“降额准那么；降额准那么；降额准那么的制定与实施 可靠性设计准那么的实施

13、可靠性设计准那么的实施 将准那么作为将准那么作为“总师的规范文件下发执行；总师的规范文件下发执行； 设计人员学习，熟习准那么；设计人员学习，熟习准那么； 对照与本人设计部分相关的准那么，进展设计，确定对照与本人设计部分相关的准那么，进展设计，确定参数的应力值；参数的应力值； 设计人员自查其设计对准那么的设计人员自查其设计对准那么的“符合性：符合性： 不符合的条款，阐明理由不符合的条款，阐明理由“为什么不符合，并报上为什么不符合，并报上一级设计主管；一级设计主管； 编制准那么符合性报告；编制准那么符合性报告； 与可靠性估计相结合；与可靠性估计相结合； 组织专家评审，进展组织专家评审，进展“符合性

14、检查；符合性检查； 对对“不符合的条款，根据其对可靠性影响的程度，不符合的条款，根据其对可靠性影响的程度，决策处置。决策处置。前往热分析、热设计热分析、热设计 热分析、热设计的概念热分析、热设计的概念 热分析：获得产品的温度分布热分析：获得产品的温度分布 热设计：采取相应的温度控制措施，控制电子设备的热设计：采取相应的温度控制措施，控制电子设备的温度温度 缘由与目的缘由与目的 电子产品可靠性对温度是非常敏感电子产品可靠性对温度是非常敏感 提高可靠性提高可靠性 热分析的内容与手段热分析的内容与手段 温度温度 计算热测计算热测 热设计的方法热设计的方法 电路板规划电路板规划 散热措施散热措施热分析

15、、热设计热分析、热设计缘由和目缘由和目的的 缘由与目的缘由与目的 电子产品可靠性对温度是非常敏感，如下图，但温度电子产品可靠性对温度是非常敏感，如下图，但温度生高时，器件缺点率迅速增大；电路板变形生高时，器件缺点率迅速增大；电路板变形 合理温度规划，控制温度，提高可靠性合理温度规划，控制温度，提高可靠性热分析、热设计热分析、热设计热分析的内容热分析的内容与手段与手段 热分析的内容热分析的内容 结点温度：元器件结点温度：元器件PN结温度，普通是元件的最高温度；结温度，普通是元件的最高温度； 壳温度：元器件的壳的外外表的温度；壳温度：元器件的壳的外外表的温度； 电路板温度：延续的二维温度分布，各点

16、的温度是厚度电路板温度：延续的二维温度分布，各点的温度是厚度方向的平均值；方向的平均值； 电路板温度梯度：沿着长度方向的温度变化率，也是二电路板温度梯度：沿着长度方向的温度变化率，也是二维的；维的； 热分析手段热分析手段 计算：解析法传热方程的解析解和数值法利用计计算：解析法传热方程的解析解和数值法利用计算机求解温度分布，如算机求解温度分布，如BETAsoft-Board软件；软件； 热测设备丈量热测设备丈量热分析、热设计热分析、热设计热设计的热设计的方法方法 电路板规划电路板规划 在满足约束条件下，合理元器件规划，将功率大的器件分在满足约束条件下，合理元器件规划，将功率大的器件分散放置，减少

17、或消除热应力集中点，从而降低温度；散放置，减少或消除热应力集中点，从而降低温度； 散热措施散热措施 散热原理散热原理 热传导、热对流、热辐射热传导、热对流、热辐射 热设计热设计 元器件温度控制：热降额、导热胶、冷板设计元器件温度控制：热降额、导热胶、冷板设计 电路板：运用耐热高的印刷板，添加厚度利于导热和自然电路板：运用耐热高的印刷板，添加厚度利于导热和自然散热散热 机箱：自然冷却、强迫风冷、冷板设计、散热器机箱：自然冷却、强迫风冷、冷板设计、散热器热分析、热设计热分析、热设计例如例如( (热热分布分布) )热分析、热设计热分析、热设计例如例如( (温度剃温度剃度分布度分布) )前往元器件的挑

18、选(GJB1032-90)元器件挑选的概念与目的元器件挑选的概念与目的元器件挑选：在产品出厂前，有意将环境应力元器件挑选：在产品出厂前，有意将环境应力施加到产品上，使产品的潜在缺陷加速开展成施加到产品上，使产品的潜在缺陷加速开展成早期缺点，并加以排除，从而提高产品的可靠早期缺点，并加以排除，从而提高产品的可靠性性;经过实验剔除不合格或有早期失效的产品。经过实验剔除不合格或有早期失效的产品。早期缺点期早期缺点期偶尔缺点偶尔缺点期期耗损缺点耗损缺点期期t t (t)(t)目的：淘汰有缺陷的器件：资料缺陷、工艺缺陷、设备情况等要素引入；根据运用要求，筛去不符合的器件：寿命、运用环境，如温度、辐射、振

19、动等美国卫星ANIUYK20V计算机AG3变换器A-A17惯导系统电子燃料放射系统HEWLITT台式计算机我国某飞机的大气数据计算机元器件的挑选元器件的挑选挑选的原那么与难点挑选的原那么与难点原那么：既要剔除不合格的产品、又不能将好的产品弄原那么：既要剔除不合格的产品、又不能将好的产品弄坏坏难点：挑选时的方法、应力大小和时间难点：挑选时的方法、应力大小和时间挑选的种类挑选的种类一次挑选挑选、二次挑选目的：挑选应力不够、一次挑选挑选、二次挑选目的：挑选应力不够、针对性差、检验针对性差、检验器件挑选、电路板挑选设备级挑选器件挑选、电路板挑选设备级挑选挑选应力挑选应力温度循环温度循环(75% 85%

20、)随机振动循环随机振动循环(15% 25%)，两者综合：，两者综合：90%温温 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温温 变变 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随机振动：随机振动： 假设一个方向假设一个方向 10 min10 min 不止一个方向不止一个方向 每个方向每个方向 5 min5 min 频率频率 20 20 2000Hz 2000Hz 功率谱密

21、度功率谱密度 0.04g2/Hz 0.04g2/Hz 元器件的挑选环境应力挑选环境应力挑选(ESS)(ESS)机理及根本方法机理及根本方法元器件的挑选的方法 元器件挑选方法分类元器件挑选方法分类 非破坏性实验：对好的器件无损伤非破坏性实验：对好的器件无损伤 破坏性实验；实验后器件损坏，不能运用破坏性实验；实验后器件损坏，不能运用 非破坏性实验工程非破坏性实验工程GJB597、GJB33 内内/外部目检封帽前：封装前后目视检查有无问题外部目检封帽前：封装前后目视检查有无问题； 老练挑选：根据失效率特征浴盆曲线，使器件在老练挑选：根据失效率特征浴盆曲线，使器件在一定的温度下任务一段时间；时间和温度一定的温度下任务一段时间；时间和温度 温度循环：高低循环环境下放置一段时间温度循环：高低循环环境下放置一段时间 检漏：密封性检查，氦质谱细检、氟油初检检漏：密封性检查，氦质谱细检、氟油初检 。 破坏性实验破坏性实验 开帽目检：翻开封装目视检查开帽目检：翻开封装目视检查 芯片剪切强度实验：芯片剪切强度实验： 变