电子元器件选择与应用对整机可靠性影响研究

电子元器件选择与应用对整机可靠性影响研究第一页，共63页。

众所周知，电子整机装备是由元器件构成的，元器件的可靠性直接影响整机的可靠性，大量的电子设备故障统计表明，电子元器件失效在整机故障中占首位。电子整机的可靠性是靠元器件可靠性保障的。根据有关资料统计，电子整机的故障有75%是元器件失效造成的。整机在现场使用中所发生的故障，经失效分折证明，由于在元器件选择与应用方面造成整机的失效占50%左右，（有些单位统计在70%左右）根据近几年的统计一直在50%上下浮动，这个比例多年来总是居高不下，成为严重影响整机可靠性的瓶颈。针对这一严重事实，元器件的选择与应用已成为影响整机系统可靠性的首要问题。也是当前可靠性工程中一个十分突出而又没有解决的问题。在加之现代战争对电子装备的性能与可靠性要求越来越高，使用环境越来越严酷，电子元器件的应用可靠性直接影响整机的可靠性。所以，必须尽快研究解决电子元器件严重影响整机可靠性的问题。第二页，共63页。

它主要取决于使用单位对电子元器件的选择、应用与控制。应用可靠性不同于故有可靠性，它主要是由人为因素所决定的，相同质量等级的元器件，不同单位及不同的人使用所表现的可靠性是不同的。这里面就反映出一个单位对元器件的选择、应用与控制能力。例如，某单位制造的自动抄表系统，根据现场失效统计，采用市场一般民品元件，产品所达到的可靠性水平，经计算分析，元器件平均失效率高达1×10-14，超过了现有国际元器件失效率等级的最大规定值（目前国际失效率最大值为1×10-10。）主要采取了对元器件选用的控制。所以可以通过对元器件的选择、应用与控制，即便采用一般元器件，也能使整机的可靠性达到较高水平。元器件的应用可靠性就是要把人为因素对可靠性的影响减小到最低程度，并能在设计上采用可靠性设计技术，避开元器件的某项薄弱环节，在某些参数上采用降额设计，才可能使整机的可靠性达到较高水平。第三页，共63页。

由于我们所研制和生产的整机数量少，而且在部队使用开机时间短，又缺乏实战的检验，还没造成重大损失的经验教训，所以，对如何进行元器件的选用控制缺乏足够的认识，再加之整机在现场使用中收集到的质量信息少，也是造成我所对整机可靠性管理缺乏经验的重要因素。除上述原因外，对电子元器件应用可靠性知识缺乏也是一个重要原因。元器件的应用可靠性是一个涉及面很广，需要有专业人员参与研究的一项工作，尤其是当今在微电子器件飞速发展的时代，谁拥有微电子技术的优势，谁就掌握了军事电子装备优势的制高点。但是，由于在这方面缺乏足够的认识，所以在国内外重大试验过程中，发生了多期机毁人亡及经济上造成重大损失的渗案，其中许多案例与元器件可靠性有关，例如：

1.美国1957年发射的“先锋号”卫星，由于一个价值2美元的器件失效，使卫星发射失败，造成价值220万美元损失。第四页，共63页。

电子元器件的可靠性包括固有可靠性和应用可靠性两个方面。元器的故有可靠性主要取决于元器制造商的设计、工艺、制造、质量控制及原材料等多种因素所决定。元器件的固有可靠性由于受到工艺、材料及制造技术等多方面的限制，只能控制在一定水平上，近几年来，由于在元器件制造采用了许多新材料，新工艺，尤其是徵电子器件工艺水平的提高，元器件的固有可靠性已有了较大的提高。元器件的固有可靠性主要由元器件供应商来保证。整机研制单位只要根据整机的可靠性要求，提出所需元器件质量要求的采购清单，并认真执行国军标GJB3404-98《电子元器件选用管理要求》就基本上能保障所采购的元器件符合整机的质量要求；应用可靠性则指元器件用于整机系统时所具有的可靠性。

第五页，共63页。元器件的应用可靠性是一个涉及面很广，需要有专业人员参与研究的一项工作，尤其是当今在微电子器件飞速发展的时代，谁拥有微电子技术的优势，谁就掌握了军事电子装备优势的制高点。但是，由于在这方面缺乏足够的认识，所以在国内外重大试验过程中，发生了多期机毁人亡及经济上造成重大损失的渗案，其中许多案例与元器件可靠性有.

例如：第六页，共63页。1.美国1957年发射的“先锋号”卫星，由于一个价值2美元的器件失效，使卫星发射失败，造成价值220万美元损失。

2.美国航天局１９7８年--1979年三次火箭发射失败，损失1.6亿美元

3.美国198６年1月“挑战者”号航天飞机爆炸，使7名宇航员遇难；2003年2月“哥伦比亚”号的失事又造成了７名美国宇航员丧生，直接经济损失达12亿美元；

4.1971年原苏联发射的“礼炮”载人宇宙飞船，由于一个部件失灵，造成飞船与三名宇航员丧生的重大机毁人亡的损失。

5.日本“兰达”火箭从1966年9月到1969年9月，由于电子元器件可靠性不高，4次发射均告失败，损失惨重，影响巨大。2.美国航天局１９7８年--1979年三次火箭发射失败，损失1.6亿美元

第七页，共63页。6.

我国在上个世纪九十年代，也经历了运载火箭发射卫星相继失利的低谷时期，1991年发射澳星，由于一个继电器失效，使发射失败，造成巨大经济损失和政治影响。1995年长征二号捆绑火箭发射亚太二号通讯卫星和1996年利用长征三号乙运载火箭发射国际通信708卫星都没能成功。由于新型元器件更新换代速度加快，每一种元器件都有它独特的性能及应用要求，如果我们的设计师缺泛元器件应用可靠性的知识和经验，管理部门及相关领导也没有有效的控制措施,所以造成由于元器件可靠性问题，造成整机系统可靠性的故障的案例娄见不鲜。下面举一些典型案例供参考：第八页，共63页。1.由于选用过期或即将淘汰的产品，影响整机研制定型后的投产例1，某单位研制的新型军品雷达，经设计定型计划批量生产，由于选用的元器件清单中，发现’选用的某型号IC已仃产。影响该雷达的如期投产。例2.选用超过存贮期的元器件，产品质量就得不到保障。如果我们检查正在生产的整机,有一些是超过存贮期的元器件,尤其是电解质电容器及陶瓷电容器最为突出.因许多设计师不了解两种介质电容器的材料特性。

2.选用元器件没有完全附合整机的环境条件要求。例1.某设计师为机载电子设备设计的高频放大电路,由于在选用小型密封电磁继电器时,只考虑元件体积及环境温度，而没考虑振动、冲击条件要求,在整机做环境实验时,才发现该元件振动、冲击不附合机载电子设备要求,只得更换元件,重新设计印制电路扳。不仅托延了研制周期，而且造成人力物力的浪费.第九页，共63页。

例2.电容器是每个电路不可缺少的元件,在选用小型陶瓷电容器时,一般设计师主要考虑容量和电压是否附合电路要求,但是不了解陶瓷电容器分I、Ⅱ类,兩类电容器由于温度系数不同、应用的电路不同、所采用的材料不同,所应用的环境温度也不相同。由于没有这方面的知识，选用的电容器，经常选用的电容器不能满足电路的可靠性与稳定性的要求。

3.在应微电子器件时，使某些电性能参数超过了器件极限范围造成失效例1.微电子器件的最大扱限值与其它元件有所不同，它是表明材料的最大极限值，一旦超过立即烧毁或受到严重损伤。如我所原二室设计的高频放大电路所选用的3DG81D超高频晶体管,经常失效,找不到原因,经我们进行失效分析,失效原因主要是输入信号峰值电压大于最大极限值,(超高频管的BUebo一般≥4V)经降低输入信号电压，再无出现此问题.第十页，共63页。

例2.我所某课题设计的电压放大器,在常温试验时,输出幅度附合规定值,但在低温试验时,当温度低于-20℃时,输出幅度达不到指标要求值,在例行实验室经过一个月试验,找不到原因。经分析主要是对晶体管在极限低温下B值平均下降50﹪的特性不了解,经更换高B值温度性能好的器件,达到在极限低温环境条件下的输岀幅度指标要求.

上述案例，其中大部分案例是选用以前我所的实例。可能有人认为现在大量采用集成电路，可能不会再出现上述问题，实际上不掌握分立微电子器件的各项特性指标，使用集成电路可靠性仍得不到保障。随着电子科技的飞速发展，新元器件、新型材料不断勇现，更需要对电子元器件应用可靠性进行深入的研究，要解决当前可靠性工程中一个十分突出而又没有解决的选用控制问题，必须认真总结以前的经验教训，进一步学习和研究元器件应用可靠性知识，从中提出控制措施。第十一页，共63页。

随着微电子器件的飞速发展，目前研制的整机元器件结构已发生了较大变化，以微电路、器件模块替代了传统的元器件，从理论上讲，整机的可靠性应有较大幅度的提高，但是，实际情况并非如此，现以某研制项目为例，经过从原来采用的传统元器件过度到如今采用的微电路及功能模块，从理论上讲微电路及功能模块比以前的分立元器件失效率要低1至2个数量级，再加之采用微电路及功能模块后整机元器件数量减少，整机可靠性更应有较大幅度的提高。但在现场实际使用中，可靠性并无明显提高。是什么原因造成整机可靠性没能提高,一般应从以下三方面查找原因：第十二页，共63页。一.对器件的固有可靠性是否做到了有效控制

1.提供器件的供应商是否附合合格供应商的相关条件，能否保障提供的器件附合规定的质量等级要求？

2.器件到所后，质量部门有否能力检测和评价所采购器件是否附合要求的质量标准？否则可能购买的器件质量有问题影响了整机的可靠性。如果器件固有可靠性得不到保障，即使设计师采用最完善的设计，整机可靠性也无法达到设计要求，整机的可靠性就得不到保证，所以况器件的固有可靠性是整机可靠性的基础。第十三页，共63页。

集成电路的测试

根据集成电路产品生产所处的不同阶段与不同目的，测试大致可以分为4种类型；

①在产品的研发阶段，为了检测设计错误而进行的测试(设计错误测试)；②在芯片生产阶段，为了检测产品是否具有正确的逻辑操作和正确的功能而进行的测试(功能测试)；③在产品出厂前，为了保证产品的质量与可靠性，需要进行的各种测试(产品测试)；④订购方为了保证采购的产品符合规定的技术标准，而进行的测试。第十四页，共63页。

数字IC：

数字IC测试一般分功能测试，直流参数测试，交流参数测试，一般根据各单位对器件质量要求及仪器配备情况决定要测试的项目，一般单位应具备能进行功能和直流参数的测试能力。在诸多的测试技术问题中，一个很重要的问题是忽视器件测试程序问题，特别是如果不具备测试程序的编制能力将直接影响测试系统的使用。尽管一些国内测试系统的研制、生产厂商在向用户单位提供测试系统的同时，可以提供一些常用测试程序，但是器件的发展是很快的，新的器件系列、品种不断涌现出来，需要不断增加新的测试程序。另外不具备测试程序编程能力，通常难以分析和处理测试中的各种问题，以难以将测试系统应用的很好。第十五页，共63页。测试矢量生成

为了测试一个电路中某部分的故障，设计者所设计的测试向量，一定要能使给出的输出区别于没有故障时的输出。如一些故障能被一组输人的测试向量检查出来，我们就称这些故障被这组测试向量所覆盖。被一个测试向量序列所覆盖的故障数占电路中所有可能的故障数的比率就叫做故障覆盖率。当然我们希望设计出来的测试向量序列能达到或接近100%的故障覆盖率。如果用人工生成测试序列是非常繁琐的，幸好现在有很多CAD系统可以自动完成这项工作。第十六页，共63页。

对于一个集成电路来说，尽管物理上会有很多类型的故障发生，但这些故障反映在数字电平上就是没有按照预期从1变为0或从0变为1。这叫做固定值故障(stuck-at-fault)模型。即用一个固定0(s-a-0)或固定1(s-a-1)来模仿一个故障门的输入。一个门的输入如果对地短路可以用s-a-0故障来模仿。由于MOS电路有许多中间结点是电路“隐藏的”，因此不是所有电路故障都可以用固定s-a--0和s-a-1来模仿的。如有—个逻辑门，其输出由于工艺上的某种原因，造成电平始终固定为1状态，它不随输入端的信号变化而改变，这就称为具有固定1故障。如输出始终处于逻辑0状态，就是具有固定0故障。固定值故障可能在一块集成电路中的任何一个节点发生。如果集成电路中有n个节点，就有2n个可能的故障(每个节点有可能固定0或固定1)，设计者应生成一个相对短的测试向量集，尽可能多地显示出这些故障。第十七页，共63页。

以下通过一个输出端带有固定1故障的2输入与非门来说明如何生成测试向量。如图1所示，A、B输入为00、01，10时，该故障门仍能给出正确的输出即逻辑1，惟一能显示出故障的输入是11，因为这时输出仍然是1而不是期望的0。如果与非门带有固定0故障，则除11以外的任何一个输入(即00、01、10中的任何一个)都可以显示出故障。因此对一个2输入与非门只要两个测试向量就足以显示出这两种故障。以上的讨论同样适用于逻辑门在输入端存在固定值故障的情况。

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下面通过对一个三输入与非门的分析来说明固定型故障的外在表现。设三输入与非门的3个输入端分别为a，b，c，输出为out。如果在输出端存在一个s-a-1故障(通常表示为out：s-a-1)，则对于任何输入它都不会改变。这个故障在输入a，b，c中有0时不易被发现，或者说这个故障对于7组输入000，011，101，110，001，010，100状态所对应的逻辑没有影响，因为故障值与正确值是相同的，如图2(a)所示；这个故障只有在输入为111时，正确的输出out=0被屏蔽，才将表现出故障状态，如图2(b)所示。反过来，如果存在out：s-1-0故障，则前7组输入所对应的正确输出都被屏蔽，不能正确输出1信号，如图2(c)所示；故障仅仅对输入111不产生影响，因为故障状态与正确的逻辑输出值相同，如图2(d)所示。第十九页，共63页。23第二十页，共63页。

如果在该与非门的输入端存在故障，又是怎样呢?为说明问题，我们假设故障是发生在原始输入a，b，c端到MOS晶体管的栅极之间，正常的信号输入从端子a，b，c输入，所谓故障则是屏蔽了正确的输入。

假设在a信号线存在a：s-a-0故障，则不论b和c是何值，输出out均为1，而这个故障只有输入处于111状态时才能被检出，或者说这个故障对111输入时的逻辑产生影响，这时正常的逻辑输出应等于0，但因为a：s-a-0故障的作用，这时的输出仍然等于1。当输入信号a为0时，它与故障值相同，不能反映故障，如果a=1，虽然它与故障状态相反，但如果其他输入端b，c中有0，仍然屏蔽了这个a=1的信号，不在输出端将故障反映出来。第二十一页，共63页。如果存在a：s-a-1故障，只有在输入为011时能够检出该故障，因为正常逻辑输出应等于l，当实际作用到与非门的是全1，使输出等于0。图3的(a)~(d)说明了故障情况以及它对逻辑输出的影响。其他输入信号线故障情况有相似的结果，这里不一一赘述。

从上面的例子可以得到如下的结论：

①对于输出端的固定型故障，当正常输出值与故障值相同时，不能反映故障的存在，或者说故障状态被正常状态所掩盖，图2(a)和(d)图反映的就是这样的情况。只有正常输出值与故障状态值相反时，故障才可能被暴露，

图2(b)和(c)说明的正是这种情况。第二十二页，共63页。

②对于输入端存在的故障，当正常的输入信号(对应故障信号线)与故障状态相同时，故障状态不能够被反映；当正常的输入信号与故障状态相反时，可以区分正常信号与故障状态，但如果希望故障状态能够传播到输出端，则要求其他的信号端对逻辑门不产生逻辑控制，在这里，与非门的其他输入端都不能为0，而必须为1。如果输入信号端a，b，c不是原始输入端，而是某个逻辑的输出(如中间节点)，情况将与上面对输出的讨论相似。因为固定型故障是以类似于逻辑值的形式出现，它仅仅对与故障值相反的正常逻辑状态产生影响，不做完全测试不一定能检出电路中存在的故障。第二十三页，共63页。

利用DPA破坏性物理分析评价器件

DPA破坏性物理分析是为了保证元器件高可靠而发展起来的一项分析技术，通过DPA分析可以不用采取可靠性试验的方法对元器件的可靠性做出评价。例如要评价一批产品的可靠性，要用大量的人力、物力、财力进行可靠性试验，用DPA分折在较短的时间和较小的成本就可对器件内部的工艺状况件做岀评价。它能反映出元器件在筛选过程中不可能发现的一些缺陷。例如对于隐藏很深的缺陷，如含水气过高的电子器件，随着时间的推移，它会还渐引起器件内部铝条、引线腐蚀导致早期失效。

开展DPA分析的一般原则：一.重要型号或一般型号重要件要做DPA分析；二.采用的元器件低于要求所质量等级的元器件；三.在整机中经常失效又找不到应用失效原因的元器件；四.超过存贮期的元器件；五.失效率较高又无法进行有效筛选的元器件

第二十四页，共63页。元器件的选择规则

（1）尽量选用列入合格供货厂商和产品合格清单（QPL）的元器件被列入QPL清单的元器件必须满足以下条件：

①生产厂家和生产线通过国家级合格认证；②生产过程得到严格的控制，产品通过性能检验、可靠性试验和质量一致性检验；③按要求的筛选条件进行了100％筛选；④生产和检验完全按照军用标准规范进行。因此，它的质量和可靠性得到有效的保证。进入优选元器件清单的产品一般是用户经考查和实用实践证实其质量和可靠性的产品。选择以上的产品对保证整机质量，减少元器件失效有重要作用。

并逐步地由原来的QPL(合格产品清单)认证改为QML(合格厂家清单)认证。

第二十五页，共63页。(2)尽量选用优选元器件清单的产品（PPL—PreferredPartsList

GJB3404-98《电子元器件选用管理要求》对优选目录的管理要求（3）尽量选用国产元器件，正确选择元器件的质量级（4）尽量选用标准和通用元器件，慎重选用新品种和非标元器件第二十六页，共63页。GJB3404-98《电子元器件选用管理要求》对优选目录对新元器件选择的要求（5）在提供元器件清单时，必须弄清楚元器件标志的含义，防止采购回来的元器件不符合整机系统的可靠性要求（6）对于重要关键元件器件要进行DPA分析第二十七页，共63页。关于进口元器件的控制

Ⅰ.进口元器件质量等级的辯别一般军用电子整机及大型电子系统都采用883质量等级器件，所谓883级实际是美国质量等级中的b一1级器件，由于各公司标志不同为了便于识别下面举例说明：（1）美国马克斯公司（MAXIM）的看门狗电路，MAX691MJE

数字后面的字母M，表示军温条件即-55℃-125℃如果其后标注“883B”才可以证明是“883”器件（B—1级质量等级器件）。（2）、美国莫托罗拉公司（MOTOROLA）54F33/BRAJC，斜杠后面的B表示该器件为“883B”产品。

(3）、美国哈里斯公司（HARRJS）的HCT电路CD54HCT34F3A，其中F3A表示“883B”级器件。由于美国各公司微电路产品命名方法、质量等级标注各不相同，所以在选择器件时一定要搞清各公司标注上的字母含义，以防搞错。第二十八页，共63页。

Ⅱ.对进口器件质量的有效期控制

a.对于重要关键元件器件要进行DPA分析

DPA破坏性物理分析是为了保证元器件高可靠而发展起来的一项分析技术，它能反映出元器件在筛选过程中不可能发现的一些缺陷。例如对于隐藏很深的缺陷，如含水气过高的微电子器件，随着时间的推移，它会还渐引起器件内部铝条、引线腐蚀导致早期失效。另一方面通过DPA分析可以不用采取可靠性试验的方法对元器件的可靠性做出评价。例如要评价一批产品的可靠性，要用大量的人力、物力、财力进行可靠性试验，用DPA分折在较短的时间和较小的成本就可对器件内部的工艺状况做岀评价。开展DPA分析的一般原则：一.重要型号或一般型号重要件要做DPA分析；二.采用的元器件低于要求所质量等级的元器件；三.在整机中经常失效又找不到应用失效原因的元器件；四.超过存贮期的元器件；五.失效率较高又无法进行有效筛选的元器件

b.对一般无质量等级的器件要加严检测与筛选

c.要选择合格供货商第二十九页，共63页。

关于尽量采用国产器件的问题

2000年以来，中国集成电路产业发展迅速，技术水平显著提升。从2001-2006年，我国集成产业一直保持快速发展，到2006年国内集成电路产业规模达到1006.3亿元，年均增速为33.6%，相比之下，2001年全球IC市场受经济衰退的影响出现萧条，销售额下降32%，此后缓慢回升，2001-2006年全球IC市场增长率约为12.1%。可见，我国IC产业过去五年的增速远高于全球产业增长速度。2006年国内产业规模突破千亿元，市场跃居世界首位，进口规模超过千亿美元，成为全球业界关注的热点。

第三十页，共63页。

我国集成电路目前有了突破性的发展，在产业规模迅速扩大的同时，中国集成电路行业的整体技术水平在近几年也得到了全面提高。制造技术方面，随着国内多条8英寸生产线的建成量产，国内芯片大生产技术的主体已经由5、6英寸，0.5微米以上工艺水平过渡至8英寸，0.25微米－0.18微米，中芯国际（北京）、中芯国际（上海）以及海力士-意法无锡12寸芯片厂的相继投产标志着国内芯片大生产技术的最高水平已经达到12英寸、90纳米乃至65纳米的国际先进水平。第三十一页，共63页。

中国芯片制造行业已经开始向国际先进行列迈进。与此同时，封装技术也有了长足的进步。传统封装形式：如DIP、SOP、QFP等都已大批量生产，同时随着跨国公司来华投资设厂和现有封装企业的改造升级，PGA、BGA、MCM等新型封装形式已开始形成规模生产能力。国内各IC设计企业的技术开发实力也有显著的提高，并已经取得多项掌握核心技术的研发成果。2000年以来，以“龙芯”等为代表的国产CPU、中国华大、大唐微电子等开发的第二代身份证卡芯片、中星微电子的“星光”系列音视频解码芯片、展讯通信的GSM/GPRS基带处理芯片和TD-SCDMA手机核心芯片等大量国内具有自主知识产权的产品研制成功并投向市场，标志着国内集成电路设计业的设计水平已经开始步入世界先进行列。第三十二页，共63页。

元器件可靠性保证大纲

根据GJB450A-2004《装备可靠性工作通用要求》要求承制方要制定元器件大纲。

元器件保证大纲一般应具备以下几个方面的内容：（1）根据整机系统的使用要求（2）要规定各种元器件的质量等级要求（3）对关键件、重要件要由总师组织有关人员进行充分论证（4）对新型元器件要经过认真分析并经环境实验最后经评审确定（5）要根据整机可靠性予计要求，制定出各种元器件的详细降额要求（6）要指定出需要进行二次筛元器件的筛选条件（7）要建立元器件信息反馈系统（8）要建立元器件质量控制领导小组第三十三页，共63页。

二．设计原因可靠性是设计出来的,可靠性设计决不是只进行可靠性予计，可靠性予计的主要目的是及早发现某些单元的缺陷，及时进行改进。可靠性设计应包括元器件的选用、降额设计、容差与漂移设计、电磁兼容设计、热设计、三防设计、耐环境设计等。对电路设计师讲，不仅是保障电性能附合要求，而且要保障在规定的环境条件下的可靠性要求。环境条件却不只指温度，湿度及机械环境条件，而且还应包括电磁环境，例如我们是否考虑了静电、电浪涌的影响。在器件’应用中是否保障了器件的输入和输出端的防护，对CMOS电路是否采用了防闩锁设计.对降额设计是否做到对可靠性有影的的参数进行了合理降额等.对以上问题质量部门是否做到了有效控制。第三十四页，共63页。

微电子器件的降额设计

电子元器件的降额系指使用中承受的应力低于其额定值.以达到延缓参数退化,增加寿命提高可靠性的目的。电子元器件的可靠性，除采用热设计、三防设、容差与飘移设计等可靠性设计技术。对可靠性影响最大的是降额设计。

Ⅰ.微电子器件的降额美国罗姆航空研究中心公布的1967-1971年集成电路现埸失效数据，由于超应力损伤约佔56.8%。在我国航天电子产品中，微电子器件由于超应力损伤约佔50-60%；造成失效的主要原因是有些电路设计师对微电子器最大额定值的概念模糊,没能很好的掌握微电子器件的降额设计技术，造成器件超应力使用，下面首先介绍微电子器件最大额定值的概念及降额设计。第三十五页，共63页。A.微电子器件的最大额定值概念微电子器件的最大额定值是用来表明工艺.材料能达到的极限值,超过这个值器件就会受到损伤或失效。.微电子器件的最大额定值是以大气环境温度为20度的连续直流条件为基础给定的,是为设计人员定提供在任何条件下都不能超过的极限值。.最大额定值的类型：一般半导体二极管:Icm.VR一般半导体三极管:Pcm.Icm.BVceo.BVcbo.BVebo.数字IC:

功耗.、输出电流.、结温.。线性IC:

电源电压、输入电压、.输出电流、.功耗、结温.。第三十六页，共63页。B.降额等级的分级

第三十七页，共63页。双极型数字电路电源电压须稳定的范围第三十八页，共63页。模拟电路降额准则推荐用下表第三十九页，共63页。

双极型数字电路降额准则推荐用下表第四十页，共63页。

在降额使用时应注意的问题

1．要对可靠性有影响的电参数进行降额：降额的目的是为了提高产品的可靠性，所以要对器件可靠性有影响的参数进行降额，降额参数请参阅后面表5-16、5-17各种器件的降额参数表。

2．对元器件的降额要遵循以下原则:

a.降额要适度;元器件的降额使用必然增加了设备的体积、重量，提高了设备的成本，在整机设计时，应根据整机系统的重要程度、寿命要求、失效所造戏的危害程度及成本等综合权衡，制定岀一个最佳降额范围。过度降额有时不仅增加了设备的体积、重量，提高了设备的成本，而且也起不到提高可靠性的目的。有些器件过分降额可能影响器件的电性能及可靠性。例如，把大功率晶体管用于小电流状态下工作，对器件可靠性影响甚微，却降低了器件的放大性能；对于频率较低的电路如果采用频率较高的器件，因高频管的二次击穿耐量低于同类低频噐件；

第四十一页，共63页。

b.对于数字集成电路规定的工作电源电压，一般不能随意降额，必须保证在规定的电压范围内;c.在对器件的电压、电流、功耗降额时要保证器件的结温降额得到保障；以上所述的半导体分立器件、半导体模拟集成电路、半导体数字集成电路、半导体数字模拟集成电路的降额参数及各个降额等级下的降额因子，分别列到下面表5-16、5-17。是根据国军标GJB/Z35-93给岀的。对于不同的噐件类型及不同的使用条件，降额参数和降额因子可以有所不同，但所有的器件结温是不可少的降额参数。第四十二页，共63页。对CMOS-IC闩锁效应的防范

由于CMOS集成电路具有功耗低、速度快、噪声容限大、输出阻抗高、电压范围宽等特点，所以在大规模和超大规模集成电路中占有重要地位。但是CMOS集成电路由于输入阻抗高，最容易受到静电放电（ESD）的损伤外，还存在一种特殊的失效机理—闩锁效应。所谓闩锁效应是指电路中由于电路结构存在寄生可控硅，如出现满足触发导通条件，可在电源和地之间形成低阻大电流，使器件烧毁。随着CMOS集成密度的提高，器件的尺寸进一步减少，闩锁效应变得更加敏感，在CMOS失效原因中，由于闩锁效应造成的失效严重影响CMOS集成电路的可靠性。第四十三页，共63页。a.CMOS-IC闩锁效应的分析与防范

CMOS-IC是由NOMS管和PMOS管互补构成，要在一块芯片上制作，为了实现NMOS管和PMOS管隔离，就必须在N型衬底加进一个P型区（P阱），或在P型衬底上加入一个N型区（N阱），因此在一个芯片上就构成了PNPN可控硅结构，构成一个寄生可控硅。但由于寄生可控硅与一般可控硅不同，在一般情况下不会导通，但如果条件得到满足，在电源与地之间形成低阻大电流，使CMOS-IC烧毁。第四十四页，共63页。b.CMOS电路中寄生可控硅的防范措施

一是从器件的设计上，降低触发灵敏度，提高器件抗闩锁烧毁能力，主要由制造商从设计工艺上采取措施；二是在电路使用中加以防范，对于整机单位，重点是在应用中采取防范措施。由于CMOS电路发生闩锁与使用有密切关系，因此只要在使用中采取有效的措施，可消除或减少闩锁烧毁器件的发生。根据有关经验，一般应做到以下几个方面。第四十五页，共63页。c.应用防范措施

（a）输入电压Vin必须满足VSS＜Vin＜VDD，在加电时应先加VDD后加Vin；断电时先关Vin后关VDD，如果以上条件得不到满足，可产生闩锁。为了避免闩锁，可在输入端串联一只1-10K限流电阻。（b）要避免在电路中输入或输出端接大容量电容。（c）对CMOS电路供电的直流电源，要在电路的供电输入端增加一只20uF电介电容器及一只0.01uF的瓷介滤波电容和100Ω的限流电阻，并避免使用两种不同电压供电，防止电压跳动产生闩锁。（d）禁止在带电状态下，拨插有CMOS电路的印制板。（e）尽量避免采用高压模拟电路驱动数字CMOS电路。（f）尽量减小电源线和地线的内阻，以减小分布参数影响。第四十六页，共63页。

三.制造和使用原因.

除上述二个原因外,还可能在装联过程中由于工艺不合理或装联设备和材料造成整机故障.另一方面还与使用维修有一定关系.

总上所述,如果没有以上原因,在采用了高可靠器件后,整机可靠性不可靠无明显提高,所以我们应对上述问题进行认真分析研究,找岀影响整机可靠性的真正原因,对我所可靠工作开展会起到重要作用.同时也说明我所在军用电子装备可靠性方面存在缺陷，必须加大可靠性研究的投入，尤其要加强元器件的选择与应用方面的可靠性研究，使元器件的可靠性不再成为影响整机可靠性的瓶颈，才可能保障和提高整机装备的可靠性，以满足现代战争对电子装备的可靠性的要求。第四十七页，共63页。

目前我国在可靠性研究工作中，虽然为了保障整机的可靠性，已先后制定了许多军用标准，例如国军标GJB450-2004《装备可靠性工作通用要求》国军标GJB4546《电子元噐件质量保证大纲》；国军标GJB3404-98《电子元器件选用管理要求》对电子整机系统可靠性起到了重要作用。但是，现有的标准及规定主要是对元器件供应商的固有可靠起到一定的控制作用。但对电子整机在研制过程中，对设计师所选用的元器件没有做到有效控制。虽然有些标准的要求，规定要进行严格审批，但是由于大多数单位审批没有相关业务部门的技术支撑，再加之相关部门及领导缺泛元器件应用可靠性的专业知识，所以审批只能是一种形式，不可能对整机系统所选用的每一个元器件起到有效的控制。第四十八页，共63页。

元器件的可靠性涉及到对供应商的选择、入所的质量检测、筛选、设计选用的控制等多个部门共同配合才能完成的任务.

所以只靠电路设计师是不可能完成的.要真正能对研制装备所选用的每一个元器件起到有效的控制，除对所有从事电子装备研发与管理的工程师，进行元器件应用可靠性知识的培训，还必须组织相关专家及领导参与，制定一个可操作性的科学有效元器件控制规范。要组织本系统有经验的部分专家进行研讨，由一批专家与相关部门组成“元器件对整机可靠性影响的研究”课题组，进行深入研究，共同解决影响整机可靠性的瓶颈的元器件选用控制问题。制定出符合本单位实用的“元器件控制规范”。随着微电子器件飞速发展,电子装备所用的元器件，80%以上采用了集成电路，所以应把对集成电路选用的控制放到更重要的地位。

第四十九页，共63页。

此项工作得到许多领导及老一辈有影响专家大力支持,(如我所的张锡祥院士、中物院五所的李红付总、原四川省电子厅厅长现任四川电子学会的荣誉董事长蒋厅长，陈厅长、中电集团784厂韩青总工、海军装备部专家兼20所军代室领导任志久老总等都表示非常支持.)

随着微电子器件飞速发展,电子装备所用的元器件，80%以上采用了集成电路，所以应把对集成电路选用的控制放到更重要的地位。第五十页，共63页。

为了制定具有可行性、可操作性、可检查性的控制措施,各相关单位要做到分工明确，各行其责，并明确各专职机构的关系，必须修改和制定各相关部们的职责,为了便于制定各部门应承担的责任,提出下述建议,供领导及新设立的课题组参考.

下面简述各有关部门对电子元器件的选用与控制的相关责任：第五十一页，共63页。

科研物资部门科研物资部门职责不仅要保障采购的电子元器件符合本单位优选手册规定的合格供货商及课题要求的型号规格，而且要对电路设计师提岀所选用的元噐件是否符合整机的环境条件要求，是否有己停产或即将淘汰的产品，进行控制。并且要经常把国内外新研制、生产的新型元器件性能与应用资料及将己停产或即将淘汰的元器件资料提供给设计部门，并能对电路设计师选用元器件提供指导，保障所制订的采购计划中每一种元器件符合整机的性能要求、质量等级要求及环境条件要求。并防止采购己停产或即将淘汰的元器件，为领导审批元器件采购计划提供可靠依据。由于对研发机构的物资部门提出了较高要求，因此对从事物资工作人员的素质要求应比一般工程技术人员更高，知识面更宽，应成为元器件应用可靠性方面的专家，所以物资部门的工程技术人员应从研发工程师中选拔。

第五十二页，共63页。

质量部门

质量控制部门的职责是对全所研制与生产的产品进行全寿命周期的质量控制，并对产品的质量负责。质量部门应包括质量管理与质量检验两项工作。在对研制整机元噐件的控制方面主要做好如下两项工作：

Ⅰ.对采购的元器件进行质量检验与筛选检验是保障采购的元器件附合产品规定的合格供货商要求，产品性能及质量等级符合合同规定的技术标准要求；筛选则是按整机对元噐件的可靠性要求，选择筛选试验条件，並对筛选过的元噐件的相关数据认真进行分析，要做到对测试、筛选的元器件质量做出科学有说服力的结论。要克服目前普遍存在的盲目的、形式化的测试与筛选。要做到以上要求对测试工程师要作到对所测器件要了解测试原理、测试方法及对测试中出现的问题能做出科学合理的判断并对测试数据负责。对筛选可靠性工程师要求，要掌握各项相关标准，对采用的筛选试验条件要进行分析研究，使经过筛选后的元器件用数据证明符合整机的可靠性要求负责。第五十三页，共63页。

测试和筛选是控制元器件故有可靠性符合相关标准规定的不可缺少的环节。要做到以上要求，必须明确测试工程师、可靠工程应承担的责任，要