应用可靠性元器件选用

关于应用可靠性元器件选用第1页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第2页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第3页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三使用时应依据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第4页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三宇航级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第5页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第6页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第7页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三以集成电路为例：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第8页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第9页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三质量、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第10页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三塑料封装：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:封装材料第11页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三有引脚元件：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:管脚形式第12页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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:表面贴装第13页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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第14页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三二极管与三极管慎用锗管（工作温度范围小）慎用点接触器件（机械强度差）VDMOS功率管优于双极功率管（安全工作区大，无二次击穿，功耗小，速度快）电压、电流、功率留有足够的余量集成稳压器线性稳压器>开关电源线性稳压器带输出过流保护和芯片热保护开关稳压器不带串联调整管2.2元器件选择要点晶体管与稳压器的选择第15页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三CMOS>NMOS>TTL能用低速的就不用高速的，高速器件只用在关键的地方能用集成度高的就不用集成度低的不同类型的同类电路（如CMOS和TTL逻辑电路）不宜混用，以防延迟时间不同造成干扰输入抗干扰能力要强（带施密特触发器或线接收器）输出驱动能力要强（带缓冲器或线驱动器）MaskROM>EPROM>EEPROM>FlashROM2.2元器件选择要点数字集成电路的选择第16页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三上升/下降时间为1ns的理想60MHz方波的频谱在满足电路要求的前提下，采用尽可能低的时钟频率2.2元器件选择要点时钟频率的选择第17页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三电源与地的引脚较近多个电源及地线引脚输出电压波动性小电源瞬态电流低开关速率可控I/O端口与传输线匹配差动信号传输地线反射较低对ESD及其它干扰现象的抗扰性好输入电容小输入级驱动能力不超过实际应用的要求2.2元器件选择要点电磁兼容性好的IC第18页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三

集成运算放大器差模与输入极限电压尽量高带输入、输出、电源端保护电路转换速率够用即可数据采集电路优先选择CMOS开关数据采集系统中应选“先断后通”型，以防各信号源相互短路放大器增益控制则应选择“先通后断”型，以防运放瞬时短路带输入过载保护

采样/保存电路信号变化速率较高：选孔径时间较少的品种保存时间较长：选保持状态漏电小的品种采样频率较高：选捕获时间足够小的品种精度要求较高：选电荷转移足够小的品种2.2元器件选择要点模拟集成电路的选择第19页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三

金属膜RJ：环境温度范围宽（－55～＋125℃），噪声小，精度高碳膜RT：环境温度范围小（<40℃），噪声大，价格低金属氧化膜RY：耐热性、稳定性、机械性能好，在直流电压和潮湿环境下工作易发生还原反应线绕RX；噪声极低，温度系数很小，体积较大，阻值做不大合成膜RH：温度系数和精度一般，失效率比RJ低0.5个量级，比RT低1个量级被干扰性：碳膜>金属膜>线绕干扰性：线绕>金属膜>碳膜2.2元器件选择要点电阻器的选择第20页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三

失效率：涤纶<聚苯乙烯<玻璃釉<瓷片<密封纸介<金属化纸介<固体钽电解<液体钽电解<铝电解容量稳定性与低漏电：固体钽电解>液体钽电解>铝电解带负荷能力：无机介质>高分子有机介质>电解2.2元器件选择要点电容器的选择第21页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三瓷介电容器的选择类型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第22页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三定义极限参数器件使用时的工作条件及环境条件的最大允许值功能约束＋可靠性约束分类电流最大额定值：极限电流电压最大额定值：击穿电压温度最大额定值：最高允许结温(塑料封装125~150℃，金属封装150～200℃，化合物器件150～175℃），最低允许结温（0～-55℃）功率最大额定值：取决于最高允许结温和热阻注意工作额定值与最大额定值之间应留有充分的余量用户不要直接测试最大额定值多个参数不要同时接近最大额定值2.3元器件降额使用微电子器件的最大额定值第23页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三单稳态多谐振荡器2.3元器件降额使用实例：最大额定值选用不当第24页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三原理工作温度每上升10℃，器件的退化速率增加1倍使用功率降低到额定功率的1/2，器件失效率降低为额定失效率的1/4方法工作应力<额定应力线路设计（电降额）结构设计（热降额）作用延长寿命提高抵抗过应力的安全余量2.3元器件降额使用微电子器件的降额使用第25页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三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2.3元器件降额使用降额应合理(1)第26页，讲稿共29页，2023年5月2日，星期三

合理选择降额因子降额因子一般为0.7-0.8，不宜<0.5

降额过度的后果增加了整机的成本、体积和重量增加了设计难度减少了电路的动态范围引入新的失效机理降额过度的实例功率双极晶体管：电流降额过度使hFE显著下降塑料封装器件：功率降额过度使湿气的影响上升电子管：灯丝电压降额过度使阴极表面杂质吸附严重遵循标准

GJB/Z35《元器件降额准则》2.3元器件降额使用