电子元器件的可靠性应用

电子元器件的

可靠性应用第2章电子元器件的选用主讲：庄奕琪1本章概要元器件质量等级元器件选择要点元器件降额应用质量与可靠性标准国家标准GB国家军用标准GJB电子行业标准SJ七专技术条件QZT（专批、专技、专人、专机、专料、专检、专卡，QZJ8406）质量与可靠性规范中国军用电子元器件合格产品目录（JQPL）中国军用电子元器件合格制造厂一览表（JQML）中国电子元器件质量认证委员会认证合格产品（IECQ）优选元器件清单（PPL，如美国军用电气、电子、机电元件清单MIL-STD-975M）使用规范与用户手册2.1元器件质量等级国产元器件的质量规范Ａ级（特军级）A2级：单片0.1A3级：单片0.25，混合0.5B级（普军级）B1级：单片0.5，混合1.0B2级：单片1.0，混合3.0C级（民用级）C1级：单片4.0，混合8.0C2级：单片14.0（塑料封装）2.1元器件质量等级国产集成电路质量等级使用时应依据Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的顺序选用：I：列入军用电子元器件QPL、QML表的产品II：工程应用效果良好，近期有生产供货的产品III：近年按国家军用电子元器件新品研制计划完成的新品2.1元器件质量等级国产元器件的优选等级宇航级S级：0.25S-1：0.75军用级B级：1.0B-1级：2.0B-2级：5.0民用级D级：10.0D-1级：20.0工作温度范围军用：-55~+125℃工业用：-40~+85℃商业用：0~+70℃2.1元器件质量等级美国集成电路的质量等级详细规范及符合的标准（国军标、国标、行标、企标）质量等级（GJB/Z299B)与可靠性水平（失效率、寿命等）认证情况（QPL、QML、PPL、IECQ）成品率、工艺控制水平和批量生产情况（SPC）采用的工艺和材料（最好能提供工艺控制数据和材料参数指标）可靠性试验数据（加速与现场，环境与寿命，近期及以往）使用手册与操作规范2.1元器件质量等级供货商应提供的可靠性信息尽量选用标准和通用器件，慎重选用新品种和非标准器件尽量压缩元器件的品种、规格及生产厂点多选用集成电路，少选用分立器件不用无功能及质量检测手段的器件注重器件制造技术的成熟性（长期、连续、稳定、大批量，成品率高）考查生产厂家的工艺水平、质量控制能力和产品信誉选用能提供完善的可靠性应用指南或规范的器件2.2元器件选择要点品种型号的选择原则以集成电路为例：最小线条：0.35>0.25>0.18>0.13um衬底材料：CMOS>SOI>SiGe>GaAs>SiC互连材料：Cu>Al（国外先进工艺）Al>Cu（国内现有工艺）钝化材料：SiN>PSG>聚烯亚胺 无机>有机键合材料：Au>Al(Si）电路形式：数/模分离>数/模合一 RF/BB分离>RF/BB合一2.2元器件选择要点考察器件制造工艺水平键合材料与引线机械强度的关系对于设备关键部位和国家重点工程所用的国外集成电路要通过MIL-STD883试验，分立半导体器件的质量要符合MIL-S-19500的要求供货渠道可靠的品牌公司或国内代理商在产品长期使用中质量稳定可靠的老供货商能提供委托方的产品质量证明或试验检测报告的供货商无不合格的性能指标参数不是已停止生产或不再供货的产品2.2元器件选择要点国外元器件选用质量、成品率与可靠性质量：出厂检验或老化筛选中发现的有缺陷器件数成品率：批量器件中的合格器件数可靠性：经历一年以上的上机时间后的失效器件数一般而言，器件的质量与成品率越高，可靠性越好。但质量与成品率相同的器件，可靠性并非完全相同塑料封装：成本低，气密性差，吸潮，承受功率小，易老化，不易散热陶瓷封装：气密性好，耐高温，承受功率大，成本高金属封装：气密性好，耐高温，承受功率较大，屏蔽效果好，成本高2.2元器件选择要点封装的选择:封装材料有引脚元件：寄生电感1nH/mm/引脚（越短越好），寄生电容4pF/引脚无引脚元件：寄生电感0.5nH/端口，寄生电容0.3pF/端口表面贴装>放射状引脚>轴面平行引脚2.2元器件选择要点封装的选择:管脚形式SMT有利于可靠性的原因引线极短：降低了分布电感和电容，提高了抗干扰能力机械强度高：提高了电路抗振动和冲击的能力装配一致性好：成品率高，参数离散性小2.2元器件选择要点封装的选择:表面贴装引线涂覆形式的选择镀金：环境适应性好，易焊性佳，成本高镀锡：易焊性好，环境适应性一般，成本中等热焊料浸渍涂覆：质量最差内部钝化材料的选择芯片表面涂覆有机涂层或有机薄膜：慎用芯片表面淀积有无机材料薄膜：可用内部气氛真空封装：抗辐照，对管壳密封性要求高惰性气体封装：易形成污染及电离气体，有利于抵抗外界气氛侵入2.2元器件选择要点引线及钝化材料的选择二极射管与白三极裙管慎用镇锗管怒（工初作温舞度范尤围小慢）慎用虎点接深触器档件（旦机械忘强度柱差）VD广MO涉S功率柄管优葡于双执极功嚷率管铃（安锅全工崭作区疏大，液无二咬次击抄穿，秤功耗瞎小，岂速度妥快）电压顾、电符流、迹功率心留有霸足够陷的余坊量集成翠稳压鸽器线性期稳压跃器>开关挥电源线性石稳压睁器带怎输出什过流值保护客和芯阻片热怪保护开关换稳压佩器不闹带串羽联调犁整管2.耐2元器畅件选盈择要秆点晶体扯管与愤稳压籍器的圆选择CM怀OS欠>N牵MO艘S>政TT辈L能用下低速兵的就蒸不用太高速断的，偏高速串器件字只用暂在关巡寿键的四地方能用克集成雷度高助的就沙不用悲集成恩度低熔的不同龙类型筋的同股类电西路（攻如CM妇OS和TT吩L逻辑众电路竖）不法宜混哄用，得以防跑延迟快时间备不同盐造成找干扰输入轻抗干休扰能瘦力要团强（护带施怪密特筐触发掌器或翁线接床收器岛）输出备驱动随能力岂要强穴（带订缓冲宝器或芳线驱路动器味）Ma默sk虎R似OM辞>E闪PR棍OM睬>E锡EP箩RO么M>蚁Fl川as静h滤RO酸M2.开2元器虾件选鸭择要眠点数字财集成绍电路喷的选括择上升/下降倘时间肆为1n关s的理具想60候MH汉z方波虚的频惑谱在满颗足电份路要拐求的花前提暗下，脆采用足尽可裂能低申的时吩钟频晨率2.宽2元器势件选御择要盘点时钟淋频率距的选追择电源齿与地介的引研脚较呼近多个废电源劣及地帆线引哥脚输出宇电压秋波动膛性小电源缠瞬态喂电流洗低开关对速率忧可控I/程O端口螺与传昂输线艇匹配差动缎信号踏传输地线环反射社较低对ES泄D及其窗它干岩扰现诸象的印抗扰屑性好输入序电容软小输入驻级驱起动能跌力不沉超过醒实际宰应用掌的要治求2.漏2元器冲件选泡择要训点电磁疼兼容龄性好写的IC集成毒运算暮放大还器差模谈与输迁入极杠限电白压尽鸽量高带输眼入、得输出饿、电沃源端宁保护胁电路转换正速率韵够用莲即可数据顺采集贫电路优先或选择CM开OS开关数据免采集映系统征中应趣选“替先断条后通坚”型肥，以抵防各刺信号兼源相清互短洗路放大旺器增预益控纳制则傅应选婆择“开先通蜻后断先”型滚，以师防运蛾放瞬锋时短呜路带输妖入过阻载保欲护采样/保存普电路信号棵变化王速率萄较高滥：选渔孔径守时间限较少酒的品伞种保存泪时间傍较长完：选景保持坐状态猛漏电苍小的皱品种采样况频率秘较高穗：选护捕获拳时间别足够区小的械品种精度肝要求格较高沉：选逝电荷蜡转移宴足够屿小的理品种2.补2元器络件选瓜择要质点模拟悠集成亩电路乘的选垄择金属铸膜RJ：环境参温度聚范围弓宽（撤－55～＋12遮5不℃），噪声约小，站精度惰高碳膜RT：环境头温度遣范围卖小（<4睛0摸℃），噪声涂大，计价格俭低金属秩氧化屡膜RY：耐热负性、裹稳定侧性、化机械蚊性能稀好，躁在直湿流电柱压和技潮湿碎环境幻玉下工肢作易府发生封还原登反应线绕RX；噪声滨极低体，温巷度系石数很无小，垒体积俱较大拿，阻奖值做狂不大合成冲膜RH：温度疯系数册和精终度一鞋般，腥失效积率比RJ低0.砍5个量鞋级，董比RT低1个量故级被干滩扰性常：碳疯膜>金属醉膜>线绕琴干扰蚊性：元线绕>金属识膜>碳膜2.竖2元器缠件选沟择要苗点电阻粒器的葡选择失效卵率：秀涤纶<聚苯定乙烯<玻璃链釉<瓷片<密封哪纸介<金属绿化纸描介<固体降钽电恶解<液体举钽电扔解<铝电斑解容量浮稳定月性与袄低漏撑电：财固体货钽电御解>液体将钽电流解>铝电争解带负突荷能枝力：能无机与介质>高分米子有叙机介另质>电解2.着2元器底件选青择要与点电容菜器的临选择瓷介棚电容挪器的愿选择类型COG、NPOX7RY5V、Z5U温度系数（额定工作范围）～0<12%>70%容量随工作电压的变化（最大值）～030％70％介电常数（相对值）10～1002000～40005000～25000定义极限林参数器件日使用托时的锄工作证条件仍及环恨境条势件的庙最大久允许紧值功能掩约束过＋可们靠性治约束分类电流密最大百额定梁值：杰极限畅电流电压苗最大朽额定考值：浴击穿详电压温度律最大颤额定盐值：磨最高善允许榆结温(塑料猴封装12刘5~废15逼0℃，金肤属封悟装15贿0～20齐0℃，化合掘物器翠件15欠0～17敌5麦℃），疗最低翁允许往结温耽（0～-5含5孙℃）功率烧最大皇额定迈值：附取决剂于最摩高允帅许结惊温和许热阻注意工作阅额定躺值与践最大民额定害值之救间应蔑留有稳充分帮的余脖量用户遣不要着直接炭测试恩最大红额定好值多个坑参数乔不要痕同时图接近粘最大惊额定病值2.新3元器师件降奇额使帮用微电催子器柱件的配最大直额定史值单稳调态多绞谐振项荡器2.币3元器税件降侍额使戚用实例时：最葡大额骡定值带选用常不当原理工作学温度验每上狸升10催℃，器件呀的退钟化速饿率增哗加1倍使用最功率委降低欺到额沾定功锄率的1/马2，器拨件失央效率呈降低朗为额艺定失面效率遥的1/杰4方法工作缩慧应力<额定粥应力线路晕设计物（电缠降额翻）结构防设计受（热废降额池）作用延长避寿命提高季抵抗龙过应止力的炎安全唉余量2.效3元器浆件降夹额使准用微电全子器怕件的讲降额耐使用降额等级可靠性改善程度应用场合典型应用场合设备可维修性设计难度I级最大设备失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏地面设备无法维修或不宜维修最大II级较大设备失效将导致装备与保障设施的破坏航空设备维修费用较高较大III级中等设备失效不会导致人员伤亡或装备与保障设施的破坏宇航及导弹系统可迅速、经济地维修较小2.阿3元器师件降暮额使距用降额华应合世理(1熟)合理婶选择吗降额煌因子降额定因子婚一般锋为0.铲7-蔽0.探8，不疏宜<0睁.5降额遥过度