电子元器件选型参数与原则

电子元器件选型参数与原则目录编者按 21.物料选型总则 22.各类物料选型规则 32.1.芯片选型总的规则 32.2.电阻选型规则 42.3.电容选型规则 42.3.1.铝电解电容选型规则 42.3.2.钽电解电容选型规则 52.4.片状多层陶瓷电容选型规则 52.5.引脚多层陶瓷电容选型规则 62.6.继电器选型规则 62.7.二极管选型规则 62.8.三极管选型规则 62.9.接插件选型规则 62.10.开关选型规则 62.11.电感选型规则 72.12.CPU选型规则 72.13.SRAM选型规则 72.14.EEPROM选型规则 72.15.晶体和晶振选型规则 72.16.电源选型规则 72.16.1.AC/DC选型规则 82.16.2.隔离DC/DC电源选型规则 82.16.3.连接器选型规则 8 94.综合考虑 94.1.易产生应用可靠性问题的器件 94.1.1.对外界应力敏感的器件 94.1.2.工作应力接近电路最大应力的器件 94.1.3.频率与功率都大的器件 94.2.选用元器件要考虑的十大要素 4.3.失效模式及其分布 4.4.高可靠元器件的特征 4.5.品种型号的优先选用规则 4.6.供货商应提供的可靠性信息 5.工艺考虑 5.2.CMOS芯片成品率与可靠性的关系 5.3.SPC数据：合格率的表征 5.4.SOI工艺 6.统计工艺控制 7.封装考虑 7.1.寄生参数典型值 7.2.有利于可靠性 7.3.不利于可靠性 7.4.封装材料的比较 7.4.1.塑料封装 7.4.2.陶瓷封装 7.4.3.金属封装 7.4.4.吸潮性问题 7.4.5.气密性问题 7.4.6.温度适应性问题 编者按电子元器件是电子系统的基础部件，是能够完成预定功能且不能再分割的电路基本单元。由于电子元器件的数量、品种众多，因此它们的性能、可靠性等参数对整个电子产品的系统性能、可靠性、寿命周期等技术指标的影响极所以正确有效地选择和使用电子元器件是提高电子产品可靠性水平的一项重要工作。电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性固有可靠性主要由设计和制造工作来保证，这是元器件生产厂的任务。1.物料选型总则1、所选器件遵循公司的归一化原则，在不影响功能、可靠性的前提下，尽可能少选择物料的种类。3、优选生命周期处于成长、成熟的器件。4、选择出生、下降的器件走特批流程。5、慎选生命周期处于衰落的器件，禁止选用停产的器件。7、禁止选用封装尺寸小于0402(含)的器件。8、抗ESD能力至少100V,并要求设计做防静电措施。9、所选元器件MSL(潮湿敏感度等级)不能大于5级(含)。10、优先选用密封真空包装的型号，MSL(潮湿敏感度等级)大于2级(含)11、优先选用卷带包装、托盘包装的型号。如果是潮湿敏感等级为二级或者以上的器件，则要求盘状塑料编带包装，盘状塑料编带必须能够承受125℃12、对于关键器件，至少有两个品牌的型号可以互相替代，有的还要考虑方案级替代。13、使用的材料要求满足抗静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要2.各类物料选型规则1)有铅BGA焊球优选Sn63Pb37合金，也可选择高铅(铅含量≈85%)的SnPb合金。无铅BGA焊球选择SnAgCu合金。2)有引线的SMD和集成电路器件，引脚线金属材料要为铜、铜合金、可阀合金、42合金材料，表面合金涂镀均匀、厚度符合相关标准(4～7、6μ≈7、6μm(电镀工艺)、或≈2、5μm(电镀后熔融工艺)、或≈5、1μm(浸锡第4页共17页工艺)、或≈0、5μm(化学镀工艺);阻挡层Ni:厚度≈3μm;SnCu镀层：SnCu镀层厚度≈3μm;Ni/Pd镀层：Pd镀层厚度≈0、075μm,Ni镀层厚度在3μm以上；Ni/Pd/Au镀层：Ni厚度≈3μm,Pd厚度≈0、075μm,Au厚度在0、025～0、10μm4)禁止选用QFN封装的元器件，如果只能选用QFN封装的元器件，必须经过评审。选用任何QFN封装的芯片必须经付总一级的领导批准后才能使用。5)对于IC优先选用脚间距至少0、5MM的贴片封装器件。6)优选贴片封装的器件，慎选DIP封装器件。7)尽量不要选用BGA封装的元器件，不得不使用才选用。如果选用BGA,BGA球间距必须大于等于0、8mm,最好大于等于1、0mm。而且尽量选用使用有铅BGA球器件的型号，并且使用有铅焊接工艺。8)禁止选用不支持在线编程的CPU。2.2.电阻选型规则1)电阻阻值优先选用10系列，12系列，15系列，20系列，30系列，39系列，51系列，68系列，82系列。2)贴片电阻优选0603和0805的封装，0402以下的封装禁选。3)插脚电阻优选0、25W,0、5W,1W,2W,3W,5W,7W,10W,4)对于电阻的温漂，J档温漂不能超过500ppm/℃,F档温漂不能超过100ppm/℃,B档温漂不能超过10ppm/℃。5)金属膜电阻1W及1W以上禁选，金属膜电阻750k以上禁选。7)慎选电位器，如果无法避免，选用多圈的，品牌用BOURNS。电子电位器按照芯片选型规范操作。2.3.电容选型规则2.3.1.铝电解电容选型规则1)普通应用中选择标准型、寿命1000HR~3000HR(为价格考虑，慎选长寿第5页共17页命型),选择铝电解电容寿命尽量选择2000Hr。2)对于铝电解电容的耐压，3、3V系统取10V、5V系统取10V、12V系统取25V、24V系统取50V;48V以上系统选100V。3)铝电解电容必须选用工作温度为105度的。4)对于铝电解电容的容值，优选10、22、47系列；25V以下禁选224、105、475之类容值型号(用片状多层陶瓷电容或钽电解电容替代)。5)对于高压型铝电解电容保留400V。禁选无极性铝电解电容。6)普通铝电解电容选用品牌"SAMWHA"(三和),高端铝电解电容选用NCC(黑金刚)或其他日本名牌铝电解电容。7)禁止选用贴片的铝电解电容。2.3.2.钽电解电容选型规则1)钽电解电容禁止选用耐压超过35V以上的。2)插脚式钽电解电容禁选。3)对于钽电解电容的耐压，3、3V系统取10V、5V系统取16V、12V系统取35V,10V、16V、35V为优选，4V、6、3V、50V为禁用(用铝电解电容替4)对于钽电解电容的容值：优选10、22、47系列。容值105以下的钽电解电容禁选(用陶瓷电容替代)。2.4.片状多层陶瓷电容选型规则1)高Q陶瓷电容慎选；只用在射频电路上。2)片状多层陶瓷电容封装：0603、0805优选、1206、1210慎选、18083)片状多层陶瓷电容耐压：优选25V、50V、100V;106(含)以上容值的耐压不大于25V。4)片状多层陶瓷电容容量：优选10、22、33、47、68系列。5)片状多层陶瓷电容的材料，优选NPO、X7R、X5R,其它禁选。6)片状多层陶瓷电容的品牌：TAIYO、MURATA、KEMET、TEMEX(高Q陶瓷电容)。第6页共17页2.5.引脚多层陶瓷电容选型规则1)新产品禁止选用此类电容(使用片状多层陶瓷电容替代)。2.6.继电器选型规则2.7.二极管选型规则1、禁止使用玻璃封装的二极管。2、发光二极管优选直径为5mm的插脚型号、贴片发光二极管优选选用有3、整流二极管：同电流等级优先选择反压最高的型号、如1A以下选用4、肖特基二极管：同电流档次的保留反压最高的等级，如：1N5819保5、发光二极管优选有边、短脚的；为了保持公司产品的一致性，红发红、绿发绿等型号优选，白发红、白发绿等型号慎选；如果没有特殊要求，尽量不要使用长脚、无边的。7、瞬态抑制二极管的品牌优选PROTEK,SEMTECH。2.8.三极管选型规则1、901X系列的三极管选用9012,9013。2.9.接插件选型规则1、禁选IC插座，如果不能避免使用IC插座，必须使用圆孔的IC插座。2、插针座选用三面接触的，禁止使用2面接触的。PC104等特殊要求的3、成套的接插件要求使用同一品牌的，既插头、插座配套使用的要求它2.10.开关选型规则第7页共17页2.11.电感选型规则2.12.CPU选型规则1、如果选用的CPU是与我公司已使用过的同系列不同型号的，需要经过生产付总同意。如果选用的CPU是我公司从来没有使用过的新的系列的CPU,必须经过公司级领导开会讨论来决定。2、保留Atmega48,Atmega168,Atmega32,Atmega128。新的产品禁止再使用attiny2313和Atmega88。3、QFN封装的Atmega128禁止以后新产品选用。5、以后新产品使用COLDFIRE系列替代68000系列。FLASH选型规则1、并行FLASH品牌优选SPANSION、SST,禁止选用SAMSUNG。2、串行FLASH品牌优选ATMEL。新的产品禁止再使用AT45DB081B-品牌优选ISSI,CYPRESS,MICRON,IDT,禁用SAMSUNG。2.14.EEPROM选型规则2、串行EEPROM品牌优选ATMEL和MICROCHIP。3、新的产品禁止选用24LC65-I/SM。2.15.晶体和晶振选型规则晶体物料通用技术要求：AT切(基频),20pF负载电容，温度范围-20~+70℃(工业温度等级),制造频偏30ppm,温漂50ppm/℃,无铅产品。晶体和晶振品牌优选HOSONIC和EPSON。2.16.电源选型规则第8页共17页1、对于可靠性要求高的产品，电源优选LAMBDA和COSEL;2、选Lambda电源时，便于归一化要求大家统一选带JST接插件的型3、新产品尽量选用标准电源，不推荐定制电源。1、隔离DC/DC电源优选TI公司的产品，TI产品不能满足要求时优选2.16.3.连接器选型规则①欧式连接器选型规则1、欧式连接器品牌优选HARTING、ERNI、EPT,同一套产品使用的插头和插座要求使用同一个品牌，禁止不同品牌配合使用。②RJ系列连接器选型规则1、如果不是外接通信信号必须使用，禁止选用RJ11和RJ12连接器。2、RJ45优选连接弹片为圆针的、带屏蔽壳、屏蔽壳有弹片的，RJ45连接弹片的镀金层要求厚度不能低于3uin。3、禁止选用带灯、带变压器的RJ45插座。4、RJ系列连接器品牌优选PULSE(FRE)。③白色端子选型规则④PCB板安装螺钉接线连接器选型规则1、PCB板安装螺钉接线连接器品牌优选PHOENIX。2、PCB板安装螺钉接线连接器品牌优选2位和3位接线端子，其它位数的连接器可以使用2位和3位接线端子拼接而成3、优选5、08mm间距的，禁止选用5、00mm间距的。⑤其它矩形连接器选型规则2、连接器插针的镀金层要求厚度不能低于3uin。3、优选通用的连接器，禁止定制连接器。3.元器件选型基本原则：1)普遍性原则：所选的元器件要是被广泛使用验证过的，尽量少使用冷门、偏门芯片，减少开发风险。2)高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本。3)采购方便原则：尽量选择容易买到、供货周期短的元器件。4)持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件。5)可替代原则：尽量选择pintopin兼容芯片品牌比较多的元器件。6)向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件。7)资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚。4.综合考虑CMOS电路：对静电、闩锁、浪涌敏感小信号放大器：对过电压、噪声、干扰敏感塑料封装器件：对湿气、热冲击、温度循环敏感功率器件：功率接近极限值高压器件：电压接近极限值电源电路：电压和电流接近极限值(电源)高频器件：频率接近极限值(射频与高速数字)超大规模芯片：功耗接近极限值(特别是大功率的CPU、FPGA、DSP等)时钟输出电路：在整个电路中频率最高，且要驱动几乎所有数字电路模块总线控制与驱动电路：驱动能力强，频率高第10页共17页无线收发电路中的发射机：功率和频率接近极限值4.2.选用元器件要考虑的十大要素1.电特性：元器件除了满足装备功能要求之外，要能经受最大施加的电应2.工作温度范围：元器件的额定工作温度范围应等于或宽于所要经受的工作温度范围。3.工艺质量与可制造性：元器件工艺成熟且稳定可控，成品率应高于规定值，封装应能与设备组装工艺条件相容。4.稳定性：在温度、湿度、频率、老化等变化的情况下，参数变化在允许5.寿命：工作寿命或贮存寿命应不短于使用它们的设备的预计寿命。6.环境适应性：应能良好地工作于各种使用环境，特别是如潮热、盐雾、沙尘、酸雨、霉菌、辐射、高海拔等特殊环境。7.失效模式：对元器件的典型失效模式和失效机理应有充分了解。8.可维修性：应考虑安装、拆卸、更换是否方便以及所需要的工具和熟练9.可用性：供货商多于1个，供货周期满足设备制造计划进度，能保证元器件失效时的及时更换要求等。10.成本：在能同时满足所要求的性能、寿命和环境制约条件下，考虑采用性价比高的元器件。4.3.失效模式及其分布失效模式：元器件的失效形式，即是怎么样失效的?失效机理：元器件的失效原因，即是为什么失效的?元器件的使用者即使不能了解失效机理，也应该了解失效模式。失效模式分布：如果元器件有多种失效模式，则各种失效模式发生的概率4.4.高可靠元器件的特征制造商认证：生产厂商通过了权威部门的合格认证生产线认证：产品只能在认证合格的专用生产线上生产。第11页共17页可靠性检验：产品进行并通过了一系列的性能和可靠性试验，100%筛选和质量一致性检验。工艺控制水平：产品的生产过程得到了严格的控制，成品率高。标准化程度：产品的生产和检验符合国际、国家或行业通用规范及详细规1.优先选用标准的、通用的、系列化的元器件，慎重选用新品种和非标准器件，最大限度地压缩元器件的品种规格和承制单位的数量。3.优先选用器件制造技术成熟的产品，选用能长期、连续、稳定、大批量供货且成品率高的定点供货单位。4.优先选用能提供完善的工艺控制数据、可靠性应用指南或使用规范的厂家产品。5.在质量等级相当的前提下，优先选用集成度高的器件，少选用分立器件。详细规范及符合的标准：国军标、国标、行标、企标质量等级与可靠性水平：失效率、寿命(MTTF)、抗静电强度、抗辐照水平等可靠性试验数据：加速与现场，环境与寿命，近期及以往，所采用的试验方法与数据处理方法成品率数据：中测(裸片)、总测(封装后)等质量一致性数据：批次间，晶圆间，芯片间，平均值、方差、分布工艺稳定性数据：统计工艺控制(SPC)数据，批量生产情况采用的工艺和材料：最好能提供关键工艺和材料的主要参数指标使用手册与操作规范：典型应用电路、可靠性防护方法等5.工艺考虑第12页共17页最小线条：0.35、0.25、0.18、0.13μm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>有机电路形式：数/模分离>数/模合一RF/BB分离>RF/BB合一成品率(有时称为质量):出厂或老化筛选中在批量器件发现的合格器件可靠性：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。5.4.SOI工艺SOI全称为Silicon-On-Insulator,即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。材料通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成第13页共17页电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外，SOI材料还被用来制造MEMS光开关，如利用体微机械加工技术。SOI是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在Silicon(硅)晶体管之间，加入绝缘体物质，可使两者之间的寄生电容比原来的少上一倍。优点是可以较易提升时脉，并减少电流漏电成为省电的IC。原本应通过交换器的电子，有些会钻入硅中造成浪费。SOI可防止电子流失。摩托罗拉宣称中央处理器可因此提升时脉20%,并减低耗电30%。除此之外，还可以减少一些有害的电气效应。还有一点，可以说是很多超频玩家所感兴趣的，那就是它的工作温度可高达300℃,减少过热的问题。通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD(FullyDepleted)结构和厚膜部分耗尽PD(PartiallyDepleted)结构。由于SOI的介质隔离，制作在厚膜SOI结构上的器件正、背界面的耗尽层之间不互相影响，在它们中间存在一中性体区，这一中性体区的存在使得硅体处于电学浮空状态，产生了两个明显的寄生效应，一个是"翘曲效应"即Kink效应，另一个是器件源漏之间形成的基极开路NPN寄生晶体管效应。如果将这一中性区经过一体接触接地，则厚膜器件工作特性便和体硅器件特性几乎完全相同。而基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除"翘曲效应",且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此薄膜全耗尽FDSOI应该是非常有前景的SOI结构。目前比较广泛使用且比较有发展前途的SOI的材料主要有注氧隔离的SIMOX(SeparationbyImplantedOxygen)材料、硅片键合和反面腐蚀的BESOI(Bonding-EtchbackSOI)材料和将键合与注入相结合的SmartCutSOI材料。在这三种材料中，SIMOX适合于制作薄膜全耗尽超大规模集成电路，BESOI材料适合于制作部分耗尽集成电路，而SmartCut材料则是非常有发展前景的SOI材料，它很有可能成为今后SOI材料的主流。SOI在器件性能上具有以下优点：1)减小了寄生电容，提高了运行速度。与体硅材料相比，SOI器件的运行速度提高了20-35%;第14页共17页2)具有更低的功耗。由于减少了寄生电容，降低了漏电，SOI器件功耗可减小35-70%;3)消除了闩锁效应；4)抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；5)与现有硅工艺兼容，可减少13-20%的工序。6.统计工艺控制工艺准确度和工艺稳定性是决定产品成品率和可靠性的重要因素，可用统计工艺控制(SPC,StaTlsTIcalProcessControl)数据来定量表征。合格率的表征参数成品率(yield):批产品中合格品所占百分比。ppm(partspermillion):每一百万个产品中不合格品的数量，适合于批量大、质量稳定、成品率高的产品表征。工艺偏移和离散的表征：不合格品的产生主要来自元器件制造工艺不可避免地存在着的偏移和离散，工艺参数的分布通常满足正态分布。7.封装考虑有引脚元件：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/端口不同封装形式寄生效应的比较(寄生参数由小到大)无引脚贴装>表面贴装>放射状引脚>轴面平行引脚第15页共17页寄生电感寄生电感PackageSizeandTypeLead-LengthInductance2.0-10.2nH4.4-21.7nH4.3-6.1nH4.9-8.5nH0.5-4.7nH电容器的寄生电感还与电容器的封装形式有关。管脚宽长比越大，寄生电SMT封装类型ReverseAspect08051206S