元器件降额设计

1、元器件降额设计GJB/Z 25-1993 解析1要考虑的几个问题为什么要进行降额设计？如何进行降额设计？降额设计的要点？影响降额设计的因数？降额设计的难点？2为什么要进行降额设计？目的：延缓元器件参数退化，提高使用可靠性。3降额设计要点-两个度量值应力比元器件工作应力与额定应力之比。又称降额因子。电应力热应力机械应力环境温度4降额等级的划分I级降额II级降额III级降额5降额等级的划分（续）降额等级特点适用情况I级降额最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大；超过它的更大降额，通常对元器件可靠性的提高有限；可能难以实现。设备的失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏；对设备有高可靠性要求，

2、且采用新技术、新工艺的设计；由于费用和技术原因，设备失效后无法或不宜维修；系统对设备的尺寸、重量有苛刻的限制。II级降额中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善；易于实现。设备的失效将可能引起装备与保障设施的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。III级降额最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大；可靠性改善的绝对效果不如I级和II级降额；最易实现。设备失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏；设备采用成熟的标准设计。故障设备可迅速、经济地加以修复；对设备的尺寸、重量无大的限制。6降额的限度降额是有限度的。超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善的相对效益下降；有

3、时过度的降额反而会使设备的可靠性下降。下图为硅NPN晶体管基本失效率曲线。7降额量值的调整 不应将本标准所推荐的降额量值绝对化。降额是多方面综合分析（重量、体积和成本、可维修性、环境温度等）的结果。在实际使用中允许降额值作一些变动；不应轻易改变降额等级（如从II级降额变到III级降额）。8降额等级的确定 因素评分标准得分可靠性要求对于已经证实的设计，用标准部件可以达到的系统1对于高可靠性要求，需要专门的设计特性，2对于现代化科技要求的新设计及新的方案3系统维修对于易接近的、快速和经济维修的系统1对于维修费用高、接近受限制、需要高技术等级的、允许工作时间不能很短的系统2对于不能拆卸维修、得不到经

4、济合理维修的系统3安全性对于常规的安全性大纲，没有预期问题的系统1对于系统或设备潜在的损坏费用高的系统2对于那些对工作人员的生命存在潜在危险的3尺寸重量对于没有严格设计限制、按照标准方法设计的系统1对于需要专门设计特性的，提要求困难的系统2对于需要新方案的、存在严格设计限制的系统3寿命周期对于维修费用低、预期没有异常高费用备件的系统1对于维修费用较高、或特别高费用备件的系统2对于需要完全替代的系统39降额等级的确定（续）降额等级总分I1115II710III6或以下10元器件的质量水平必须根据产品可靠性要求选用适合质量等级的元器件；不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题。11详细要求失

5、效机理、应力参数应用指南（具体措施）降额准则（降额等级、应力比）12例1：晶体管降额设计失效机理高温（“热疲劳”失效 功率晶体管）二次击穿应力参数功耗（电流、电压）和结温 反向电压 13例1：晶体管降额设计（续1）应用指南根据功率晶体管的相关详细规范要求限制壳温的最大变化值；瞬间电压峰值和工作电压峰值之和不得超过降额电压的限定值；可接受的主要参数设计容差：电流放大系数：15%（适用于已经筛选的晶体管） 30%（适用于未经筛选的晶体管）漏电流：+200%开关时间：+20%饱和压降：+15%14例1：晶体管降额设计（续2）降额参数降额等级反向电压1）0.700.800.602）0.702）电流0.

6、700.80功率0.650.751）直流、交流和瞬态电压或电流的最坏组合不得大于降额后的极限值（包括感性负载）。2）适用于功率MOSFET的栅源电压降额。反向电压、电流、功率降额准则 15例1：晶体管降额设计（续3）最高结温降额准则 最高结温Tjm降额等级200140160175125145不大于150Tjm-40Tjm-2016晶体管结温计算-近似计算法（当热阻未知时）小功率管：Tj=TA+30中功率管：Tj=TC+30式中：Tj ：晶体管结温，；TA ：环境温度， ；TC ：管壳温度， ；17例1：晶体管降额设计（续4）功率晶体管安全工作区降额准则 降额参数降额等级集电极-发射极电压0.8

7、00.90集电极最大允许电流0.700.8018晶体管结温计算-热阻计算法小功率器件（无散热器）： Tj=TA+QjAPjQjA =(Tj (max)Ts ) / Pj (max)式中： QjA ：结与环境间热阻，/W；Pj ：平均耗散功率，W。Tj(max) ：器件额定结温，；Ts ：器件最大额定功率允许的环境温度上限，；Pj(max) ：器件的最大额定功率，W。19晶体管结温计算-热阻计算法（续）功率器件（带散热器） Tj=Tc+QjCP TC=TA+QCAP 式中：QjC ：结与管壳间的热阻，/W；QjC ：散热器的热阻，/W；例如：BFG135的详细规范确定了： Tj(max) =175，TS=145，Pj（MAX）=1W，假设QCA=80 /W，TA=65，Pj=0.65W(降额）则QjC=（175-145）/1=30 /W，TC=65+8