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1、电子元器件选型与可靠性应用,1、器件选型的通用规范2、器件选型与制造过程注意事项3、元器件的选型指标与可靠性应用4、可编程器件的嵌入式软件可靠性设计5、器件可靠性应用的设计,目 录,1.1 降额参数和系数1.2 器件热设计应用计算1.3 器件高频等效特性及对EMC的影响1.4 器件应用过程的容差分析1.5 器件环境条件的确定1.6 器件工艺对应用设计的影响1.7 器件选型对电子产品RAMS指标的影响,1、器件选型的通用规范,1.1、降额参数与系数,降额等级的确定降额参数与降额因子结温功率降额负荷特性曲线,降额等级,电容 降额因子,8,中小规模集成电路降额参数是电压、电流或功率，以及结温。大规模
2、集成电路主要是降低结温。,集成电路 降额因子,确定降额等级？相同参数、不同工艺的同类型器件降额系数的区别；多路与单路应用下降额幅度的差别；可调器件与定值器件的降额区别；负载类型不同对降额系数的影响；降额计算依据的参数为（稳态数值+干扰数值）/降额系数；部分器件在特定应用场合不允许降额（继电器、光耦等）；钽电容降额系数是否0.5？低阻应用场合（电源输入端），钽电容是否降额到0.3？电容器降额太大，易引起低电平失效；AC应用比DC直流应用降额要大，随频率降额幅度。,降额总结,1.2 器件应用热设计,热设计的目的,热阻 温差 热耗/W W,R=T/Q,风量（风速）：1CFM=0.0283m3/min
3、热功率密度：热流密度：,冷却方式选择的依据,GJB/Z 27 电子设备可靠性热设计手册QJ 1474-88 电子设备热设计规范,传导散热,Rja=Rjc+Rcs+RsaRjc：Datasheet；Rcs：用导热油脂或导热垫后再与散热器安装，0.10.2/W；若器件底面不绝缘另加云母片绝缘，则选1/W；Rsa：散热片的热阻。,Ta：环境温度4060Tj：结温125 P：热耗功率（对非能量转换器件）Rja：热阻,自然冷却下，电泳涂漆或黑色氧极化处理后可提高散热效果10-15%；通风冷却下，可提高3%；电泳涂漆可耐压500-800V。,风冷散热计算,V：强制风冷风量m3/sQ：总耗散热量WC：空气比
4、热1000J/(Kg):空气比重1.29 kg/m3T：进出口空气温差本公式忽略辐射和自然对流散热（一般约10%），因此计算出的风量会稍大。,机柜温升计算,Q：机柜内的散热功率（W）V：风机的体积流量（m3/min）基于机柜内耗散功率均匀分布的前提。,V=3.16 Q/T,半导体制冷,冷却功能模块的电功率冷却功率*（3-6%）；适用于器件和仪器仪表的冷却，大功率散热慎用。,其它制冷方式,热管制冷相变制冷,1.3 器件高频等效特性及对EMC的影响,电阻的高频等效特性电容的高频等效特性电感的高频等效特性导线的高频等效特性磁环、磁珠的高频等效特性,电阻高频等效特性,电容高频等效特性,ESR,电感高频
5、等效特性,导线高频等效特性,差 好,导线高频特性应用范例,磁环、磁珠高频等效特性,1.4 器件应用过程的容差分析,R=10K 0.5K 30,100PPM/30,5%,1.5 器件环境条件的确定,设备环境温度 器件环境温度,1.6 器件工艺对应用设计的影响,1.7 器件选型对电子产品RAMS指标的影响,2.1 外购件规格书2.2 器件在产品生命周期不同阶段的 注意事项,2、器件选型与制造过程注意事项,2.1 器件文档要素组成,供货商指定为生产商；指标齐全（Esp.工艺选项）,外购件规格书示例（电机）.pdf,2.2 器件在产品生命周期不同阶段的注意事项,3、元器件选型,3.1 电子元器件的选型
6、基本原则3.2 无源元件（电阻、电容、电感、接插件）3.3 二极管/三极管3.4 晶振3.5 散热器件3.6 数字IC3.7 电控光学器件（光耦、LED）3.8 AD/DA 及 运放3.9 电控机械动作器件3.10 能量转换器件（开关电源、电源变换芯片、变压器）3.11 保护器件（保险丝、磁环磁珠、压敏电阻、TVS管等）,3.1、元器件选型原则,功能指标用于容差分析的参数（精度、温度系数）影响可靠性的参数（热阻、环境条件、ESD/MSD防护等级、负荷特性曲线等）隐含特性（高频等效特性等）封装形式与生产工艺失效机理常用器件、已用器件有兼容管脚替代品的器件低频、缓上升沿为Datasheet的每个参
7、数和图形图表匹配到其对所设计电路的影响,3.2、无源器件,电阻电容电感接插件,电阻,电阻的指标电阻的种类电阻的结构、制作工艺及由此引起的特性差别,直插定值电阻（膜式电阻和线绕电阻）贴装定值电阻电位器,反馈电路，电流/电压采样检测电阻选无感电阻，精度越高越好。芯片或网络输入端的启动电阻或滤波吸收电阻，电压功率降额。高压电阻：安规认证；1KV额定电压，电阻本体长度10mm，4KV时本体长度25mm。,特种场合电阻选型,电容,电容等效特性电容的指标电容结构、因结构不同引起的不同特性不同特性所适用的不同场合,电容谐振频率举例,容值越小，谐振频率越高，,温度系数：绝缘电阻：漏电流：等效串联电阻（ESR）
8、：频率特性：损耗正切角：在电场作用下，电容单位时间内发热而消耗的能量，含介质损耗和金属部分损耗。,电容datasheet示例,贴片电容,表贴电容引脚电感0，总电感普通电容电感量/（35）；自谐振频率同等容值插件电容自谐振频率*2；,推荐布线方式,不推荐,有机介质电容器：纸介、塑料薄膜、纸膜复合介质、薄膜复合介质；无机介质电容器：云母、玻璃釉、陶瓷；气体介质电容器：空气、真空、充气式；电解电容器：铝电解、钽电解,电容按电介质分类：,纸介电容：优点：体积小、容量大缺点：固有电感和损耗大适宜场合：低频涤纶电容器（隶属于薄膜电容器）：优点：容量大（几pF几百F），工作电压宽，额定电压有63V、100V
9、和160V几种，介电常数大，耐热（工作温度达120130）；缺点：损耗大，可代替纸介电容器适宜场合：适于直流及脉动电路的耦合、退耦、旁路、隔直等；高频电路不宜。,聚苯乙烯电容器：优点：额定DC电压范围宽，从几百到数千伏；精度可达5；绝缘电阻高，一般在10000M以上。高频损耗小，电容量稳定；缺点：工作温度范围不宽，上限为+75。聚苯乙烯薄膜电容：优点：介质损耗小，绝缘电阻高，温度特性和容量稳定性优于涤纶电容器，可取代部分电解电容器，性能优于电解电容。体积小，容量大。缺点：工作电压低，DC电压40V；温度系数大；适用场合：高频电路。,聚丙烯电容器：优点：高频绝缘性能好，电容量和损耗对频率变化不敏
10、感，温度变化小，介电强度随温度而，耐温性好，吸收系数小，机械性能也比聚苯乙烯好。适宜场合：电视机、仪器仪表的高频电路中作积分电容，或其它交流电路。叠片形金属化聚碳酸酯电容器：无感式结构，高频损耗小、自愈能力强、耐脉冲性、无感、电容量大。性能优良，易于自动化生产。适宜场合：收音机、电视机和录音机,云母电容器：优点：损耗小、温度系数小，绝缘电阻大、频率稳定性好、高频特性好玻璃釉电容器优点：体积小、损耗角正切值小、能在较高温度下工作、抗潮性能好；适宜场合：半导体电路和小型电子仪器的直流电路和脉冲电路,瓷介电容器：优点：体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高缺点：容量小，易碎裂适宜场合：高频电路。穿心电
11、容：优点：滤波频率高缺点：耐高温和温度冲击性能差适宜场合：信号输入输出端滤波用途,电解电容；缺点：体积大，ESR大，感抗较大，温度敏感；适用场合：温度变化小、工作频率低（160V时，额定工作电压+50V作为浪涌电压；需快速充放电的场合禁用铝电解电容。,与铝电解电容相比，在串联电阻、感抗、对温度的稳定性优势明显，工作电压较低。漏电流要求较高的场合，不选钽电解电容，需选用薄膜电容。耐电压冲击性较差，回路中需串联保护电阻，3/V。钽电解电容降额要高。电源输入级或低阻抗环境使用，推荐降额到0.3，电源输出级及一般应用环境推荐降额0.5。,钽电解电容,高速PCB设计中的电容选用,高速PCB中选择电容的标
12、准：低ESR；高的谐振频率。,电容特性与电路应用,退耦储能电容积分电容采样保持电容滤波电容,接插件,接插件的关注指标：底座插头（定位装置或键）插针或端子（材料）镀层间距（电气间隙、爬电距离、耐压）导通电流（粗细）,插针或端子材料,镀层材料：,接触部分电镀的目的：改善导电性、抗腐蚀和抗磨损、提高pin可焊性,连接器失效点,不可接受的扭曲变形系统间的信号退化通过连接器的电源损失高接触阻抗不稳定的接触阻抗连接器信号线引入干扰,连接器选型电气参数,额定电压：加载的电压额定电压*50；额定电流：加载电流额定电流*50。多芯连接器，额定电流降额使用（esp.大电流）绝缘阻抗：抗电强度：单位时间所能耐的电压
13、；接触电阻：指插针和插孔接触部分产生的电阻，高频、mV/mA级别时影响信号质量。,机械参数,插拔寿命：插拔力：总拔出力=2*单脚分离力之和。优选50N 总拔出力13N，低于4PIN连接器（3/2/1PIN）拔出力 8N；常插拔连接器优选锁扣式连接器；插装连接器，焊脚长度露出PCB板0.5mm；贴装注意贴脚共面度。匹配性：对插连接器须相互匹配。,环境参数,环境温度：环境湿度：相对湿度大于80%，是引起电击穿的主要原因。潮湿使绝缘电阻降低到M级以下，特殊场合选水密、尘密连接器；腐蚀环境：根据腐蚀物质环境，选用相应金属、塑料、镀层结构的连接器，盐雾环境防腐金属表面；SO2环境不用镀银接触对；冲击与振
14、动：接触对在动态应力下会瞬时断路，时间有1s、10s、100s、1ms和10ms。判断瞬断的条件：持续时间和电压降。防火等级：连接器绝缘材料防火等级，按UL分两大类。94V-0级-平均燃烧熄灭时间少于5秒，无灼热物质脱落；94V-2级-平均燃烧熄灭时间少于25秒，燃烧时有灼热物质脱落。环保：优选无铅连接器。,其它,工作在振动状态的连接器需加锁定装置；用在面板上的连接器注意颜色，以免和面板不协调；防呆设计：位置错误、反向安装都不能安装；带电状态下插拔，选带插孔的接插件，带电接触件埋在绝缘体中；单排连接器时，优选双数PIN连接器；（可用空PIN凑数）,3.3、二极管/三极管,快恢复二极管：整流二极
15、管：开关二极管：稳压二极管：瞬变电压抑制二极管：,二极管降额因子,快恢复二极管选型原则,低电压（耐压值200V以下）下，高时间特性时选肖特基二极管；肖特基管热阻和电流都较大，优选分立式封装。通常3A以下可以选择SOD-123或D-64封装；38A可以选择D2PAK封装；8A以上DO-201、TO-220、TO-3P。在高电压时选择PIN结构快恢复二极管。,整流二极管选型原则,主要考虑最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数；开关电源整流、脉冲整流用整流二极管，宜选工作频率较高、反向恢复时间较短、或选快恢复二极管。低电压、大电流时整流，选肖特基二极管。,稳压二极管选型原则,稳
16、定电压值应与应用电路的基准电压值相同；最大稳定电流高于应用电路的最大负载电流50%左右；稳压管在选型时务必注意器件功率的降额处理。实际功率应小于0.5P。功率在0.5W以下的型号选择贴片式封装，0.5W及以上选择直插式封装,3.4、晶振,普通晶振XO：无温度补偿措施，温度范围内频率稳定性10ppm，用于普通振源。温补晶振TCXO：热敏补偿电路，补偿后频率稳定度0.11ppm，用于通信产品。恒温晶振OCXO：精密控温，使晶体及内电路工作在零温度系数点，频率稳定度0.010.1ppm，甚至0.001ppm，用于频率源或标准信号，价格昂贵。压控晶振VCXO：外加电压改变晶振输出频率，用于锁相环路或频
17、率微调。,晶体技术参数,标称频率：工作频率：晶体与工作电路共同产生的实际频率。调整频差：规定条件下，基准温度（252）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。温度频差：规定条件下，工作温度范围内相对于基准温度（252）时工作频率的允许偏差，频率稳定度：温度频差和标称频率的比值，ppm表示；老化率：晶体工作频率随时间的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。,晶体datasheet示例,选型原则,优选表贴封装晶体或晶振；优选金属壳封装，电磁屏蔽特性好；要求频率稳定度（温度稳定度）15ppm时，优选温补晶振（TCXO）；,3.5 散热器件,材料结构尺寸及安装方式热阻绝缘强度,3.6 数字IC,基
18、本功能是否满足要求；选择最低频率；确认芯片薄弱点；选择最低可允许的工作频率；脉冲上升沿时间指标需要关注；上电时序可控；结合环境条件确定封装形式和焊接形式；供货渠道畅通优选成熟和公司已用过的器件；示范电路的附加条件。,3.7 电控光学器件,光耦、LED：不能降额；光学特性；替换时考虑波长，对显示色彩有影响；波瓣角；,LED和光耦datasheet示例,3.8、运放、AD/DA,运放的选型和应用运放的主要参数运放的选择A/D的选型和应用A/D的主要技术指标A/D的选型检测电路设计设计参考流程抗干扰设计,运放的主要参数,按照技术指标分为：通用、高速、宽带、高精度、低噪声、低功耗和高输入电阻。运放参数
19、可分为输入、输出、动态三种类型,运放输入特性指标,输入失调电压Vio：Vin=0，Vout折算到输入端的电压；是表征运放内部电路对称性的指标；输入失调电流Iio：Vin=0，差分I+与I-的差值，是表征差分级输入电流不对称的程度；输入偏置电流IB：运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小；共模抑制比CMRR：差模电压增益Avd与共模电压增益 Avc之比，CMRR=20lg(Avd/Avc)(dB)电源电压抑制比PSRR：输入失调电压的变化对电源电压变化的比值（电源电压对称变化），表示运放抑制电源电压引起的噪声和漂移的能力。,运放输入参数还包括：输入偏置电流温度系数、输
20、入失调电压温漂、输入失调电流温漂、输入电阻、输入电容、输入电压范围（差模和共模）在精度要求较高的场合都需要考虑。,运放输出特性,输出电压摆幅(VOP)：运放在规定负载电阻上，产生额定电压的能力。输出电阻：输出短路电流：,运放动态特性,开环差模电压放大倍数Avd：开环增益，运放在无外加反馈条件下，输出电压的变化量与输入电压的变化量之比；单位增益带宽fc(BWG)：Avd下降到1时所对应的频率；增益带宽压摆率SR：单位时间（s）器件输出电压值的可改变范围瞬态响应时间建立时间,理想运算放大器,开环电压增益无限大Avd=；差模输入电阻无限大Rid=；输出电阻为零Ro=0；带宽无限大BW=；共模抑制比无
21、限大CMRR=；输入失调电压为零Vio=0,典型运放的开环增益响应曲线,运放选型经验参数,开环电压放大倍数Avd80dB（Avd足够大）；差模输入电阻Rid比反馈网络的输出阻抗大12个量级，由输入电阻引起的误差就可以忽略；输出电阻Ro比后级输出端外总负载电阻小12个量级，由输出电阻引起的误差就可以忽略；单位增益带宽BWG比实际闭环增益带宽大1个量级以上；共模抑制比CMRR足够大，抗干扰设计中重要；输入失调电压Vio不超过系统精度要求的1/3,A/D的选型和应用,积分式、逐次逼近式、增量式A/D技术指标主要包括：分辨率、转换速度、转换精度,分辨率：引起A/D输出变化（能被A/D分辨）的最小输入。
22、用A/D满度的倒数或1个LSB；以二进制数的位数表示分辨率。量化误差：将幅度连续取值的模拟信号变为只能取有限个某一最小当量的整数倍数值的过程称为量化。通过量化将连续量转换成离散量，必然存在类似于四舍五入产生的误差，最大误差可达到1LSB的1/2。此误差为量化误差,转换精度：转换时间：从接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间；电源电压抑制：失调温度系数：增益温度系数（受环境影响的程度）：电源电压：输入电压范围：,A/D的选型,根据系统要求误差，选择分辨率；根据信号变化率及转换精度的要求，确定转换速度，对快速信号考虑采样保持电路；根据环境条件确定环境参数要求：温度、可靠性、功
23、耗；根据系统接口特征，选择输出状态：串/并、二进制/BCD、内外部时钟、；考虑成本、资源、是否流行芯片。,A/D参数的确定方法,采样速度：决定于模拟信号带宽、数据通道数、每个周期的采样数。nyquist采样定理；推荐：在信号最高频率端每周采样710次；在A/D前低通滤波，消除无用高频分量；转换速率：转换时间的倒数，不小于系统采样速度的要求。,A/D位数：决定于测量系统所需的测量范围和精度，但不是影响系统精度的充分条件。推荐：A/D位数比系统精度要求的最低分辨率至少高一位；基准电压：容易受共地阻抗耦合干扰的影响；采样保持器：直流和非常缓变的信号可不用采样保持器，其它情况都加。,A/D电路设计注意
24、事项,A/D电路影响因素有：工作电源电压不稳定；外接时钟频率不稳定环境温度不合适与上级器件的电性能不匹配外界强干扰PCB布线闩锁防护：在VDD端串数十数百的限流电阻，同时加强电源滤波；数模共地措施。,数字系统对模拟信号的干扰问题：数字与模拟分开布线；在一个特定的点单点接地（在A/D转换器AGND和DGND脚之间直连或加磁珠连接），适于单A/D简单系统；一般情况下，不要对地进行分割，在PCB的模拟部分和数字部分下面敷设统一地；A/D转换器跨分区放置，且ADC器件下方不要走线；模拟和数字电源分割，AD器件用模拟电源供电；布线不能跨越分割电源面之间的间隙，必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大
25、面积地的布线层上。,A/D电路PCB设计,检测电路设计干扰和噪声,单板噪声：本征噪声、电磁耦合噪声、热耦合噪声干扰的传播途径：静电耦合、电磁耦合、电磁辐射、共阻抗耦合。,AD抗干扰措施,降低本征噪声措施：选低噪声元器件，电阻一般不在超过额定功率一半的条件下工作；降低信号源内阻。减小噪声电流流过信号源内阻产生的噪声电压。,3.9、电控机械动作器件,风扇,风量风压转速噪音寿命扇叶轴承,风量和风压：风量大，风压小，吹不到散热器底部；风压大，风量小，没有足够冷空气与散热片热交换。铝质鳍片散热片要求风扇的风压大；铜质鳍片散热片则要求风扇的风量大；鳍片较密的散热片相比鳍片较疏的散热片，需要更大风压；转速：
26、仅通过加大风扇转速散热未必好；风扇噪音：17dB的消音室，距风扇1m，沿风扇转轴方向对准进气口测量。噪音来源：振动、风噪、异音。,鼓风时产生的是紊流，风压大但容易受到阻力损失；抽风时产生的是层流，风压小但气流稳定。气流受散热片阻碍大时，采用抽风效果更好。侧面鼓风的设计，与顶部鼓风差别不大。有效改进方法是建立专用散热风道,离心风机：优势：解决“死区”；鼓风方向无障碍各位置同样的气流；风压和风量调节范围大转速控制好。劣势：价格高、噪音大。改进风道，风扇侧向吹风，气流的方向平行于散热表面。,风扇失效,风扇轴承 滑动轴承：因润滑油挥发、轴承受损，致风扇噪音过大甚至停转；滚珠轴承：成本高，噪音大，可靠性
27、高，限高档散热器用。,电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器；非电量（如温度、压力、速度等）继电器电磁继电器：不通电时保证正常功能；不通电时安全状态不通电时较长工作时间热敏干簧继电器：固态继电器（SSR）：,继电器,额定工作电压：正常工作时线圈所需电压;直流电阻：线圈的直流电阻，通过万能表测量;吸合电流：继电器能够产生吸合动作的最小电流;释放电流：继电器产生释放动作的最大电流;当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。触点切换电压和电流：是指继电器允许加载的电压和电流，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。,继电器主要参
28、数,控制电路电源电压能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控制电路需要几组、什么形式的触点；整机中，触点开合方向应和可能的振动方向垂直。,继电器选型,电磁继电器选型与应用.doc,3.10 能量转换器件,开关电源与线性电源的区别；电源变换芯片变压器,一 输入特性1 工作输入电压和电压变动范围。2 输入电压的频率和频率变动范围。3 额定输入电流4 输入下限电压和短时中断时间5 冲击电流6 漏电流7 转换效率,开关电源选型注意事项,二 输出特性1 额定输出电压2 额定输出电流3 稳压精度 电压稳定度 电流调整率 最大纹波电压、最大纹波噪声电压4 瞬间电流变动导致的输出电压的变动值,三 其它
29、功能要求1 过流保护2 过压保护3 输入欠压保护4 过热保护5 绝缘电阻：输入端与壳体；输入端子和输出端子；输出端子和壳体6 绝缘电压：输入与输出、输入和地7.认证8.是否定型产品,四 结构规格。1 形状条件2 确定外型尺寸和尺寸公差。3 安装条件：安装位置、安装孔4 冷却条件：强制或自冷以及通风方向，风量和孔径尺寸5 接口位置和标志6 操作零部件（输出电压可调电阻、开关、指示灯）的位置和提示文字的位置7 重量,五 使用环境条件1 温度2 湿度3 耐振动、冲击六 其它条件1 输入噪声2 浪涌3 静电噪声（有外壳的有要求）,3.11 保护器件,保险丝、滤波器、磁环磁珠、压敏电阻、TVS管,TVS
30、管选型原则,Vrmax（最大反向工作电压）正常工作电压。Vcmax（最大钳位电压）最大允许安全电压。常规CMOS电路电源电压为318V，击穿电压为22V，则应选Vcmax为1822V的TVS管。Pp（瞬态脉冲功率的最大值）=最大峰值脉冲电流Ipmax与Vcmax。Pp大于被保护器件或线路的最大瞬态浪涌功率。,113,选型注意事项：【额定电流】：滤波器额定工作电流=设备额定工作电流（1.52）；【插入损耗】：滤波器IL越大越好，整改可据超标频点选合适滤波器；【认证信息】：CE或UL认证；【其 他】：工作温度，漏电流等。,滤波器特性,压敏电阻器,过压保护时，VmAavbc a为电路电压波动系数，一
31、般取1.2；v为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取0.85；c为元件的老化系数，一般取0.9；VmA=1.5v，AC下考虑峰值，计算应扩大1.414倍。电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则缩短使用寿命；电源线与大地间用压敏电阻，接地不良会使线-地间电压上升，通常用比线-线间更高标称电压的压敏电阻器；压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量；高压型和高能型。,4、可编程器件的嵌入式软件可靠性设计,可维护性软硬件接口的设计软件代码的设计变量的定义,4.1 可维护性,注释文档逻辑结构,4.2 软硬件接口的设计,防错判错纠错容错,4.3 软件代码的设计
32、,独立函数，独立功能软件陷阱（模块末尾处、空白程序ROM区）软件可靠性并联模型化设计,4.4 变量的定义,名称定义加入变量类型数据存储异地容灾备份公共变量的操作用独立函数完成位判断的状态变量慎用,5.1 RAMS定义与评价指标；5.2 电子、机电一体化设备的可靠性模型；5.3 器件对系统失效率的影响要素；5.4 电子产品可靠性与器件的关系；5.5 工作环境条件的确定；5.6 系统设计与微观设计的区别；5.7 过程审查与测试；5.8 设计规范与技术标准；5.9 电路器件与系统的可靠性预计和分配评估5.10 失效机理分析5.11 接地,5、器件可靠性应用的设计,5.1、RAMS定义与评价指标,EN
33、50126-1999,安全性,安全性：是一个相对概念，风险低于预期的程度。包括：辨识测定与分析定量化，对危险发生概率及可能的伤害程度进行评定；控制与处理技术措施如消除、避开、限止、转移；管理措施如检查、教育、训练。综合评价，危险度等级评定，与要求比较后，判明安全水平。,可用性,ISO 13407、ISO 9241：针对计算机系统的可用性国际标准,产品，特定使用环境下，为特定用户，用于特定用途时，三个指标的满足程度：,在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力。规定条件：指使用条件、环境条件、操作技术、维修方法等，如应力、温度、湿度、尘砂、腐蚀等规定时间：可靠性区别于其他质量属性的特征。规定功
34、能：规定的功能固有可靠性+使用可靠性,可靠性,可靠性指标,(t)是失效率，它是时间的函数。,可靠度成指数分布，即失效率为一个常数，则MTBF=1/,MTBF/MTTF,R(t)是设备的可靠度,可维修性,按规定使用条件，在给定时间间隔内，产品保持在某一指定状态或恢复到某一指定状态的能力。在此状态下，若在规定的条件下实现维护并使用所指定的过程和资源时，它能实现要求的功能。软件称为“可维护性”,定义来源GB/T11457-95,修复率（）平均系统修复时间（MTTR）：包括诊断问题的时间、维修技术人员到位的时间以及实际维修系统的时间 平均维修时间平均修复时间最大修复时间,GJB451-90、GJB/Z
35、91-97,5.2、系统可靠性模型,导通为正常,截流为正常,R=Ra*Rb；,R=1-(1-Ra)*(1-Rb),5.3、系统失效率的影响要素,整机失效率,元器件平均失效率(13)*10-5,降额因子(110)*10-2,环境因子,老练筛选效果因子0.10.5,机械结构因子1.52.5,制造工艺因子1.53.5,元器件个数,试验室0.51室内1.110陆地固定510车载1330舰船载1022机载5080,5.4、电子产品可靠性指标,K形状参数 位置参数 b尺度参数,正态分布,威布尔分布,指数分布：没有记忆的故障，偶发失效，没有必然原因；正态分布：多微因合成，没有主导因素，有基本均匀的累积效应，
36、由累积损耗造成故障，如腐蚀、磨损、表面破坏、老化等；威布尔分布：有最弱环，使用串接式的机械系统、机电系统、电子系统，这些设备的疲劳失效、真空失效、磨损失效都认为符合威布尔分布。,5.5、工作环境条件的确定,5.6、系统设计与微观设计的区别,5.7、过程审查,方案及具体设计时参考了哪些相同或相似的产品？产品可靠角度上，从这些相同或相似的产品借鉴到了哪些经验？哪些元器件是关键元器件？关键元器件供货厂家提供的可靠性参数环境条件：这样的环境对设备的那些方面提出什么要求？公司同类产品出现过哪些故障？关键元器件和机械零件已知有哪些缺点？这些缺点在设计中采取了哪些措施？在设计中假定设备、最热的部件的工作温度
37、是多少？设备或部件耐热的能力是多少，有多少裕量？电路中有哪些暂态过程的瞬时过载？暂态保护是如何设计的？直径超过12mm或引头重量超过7克的器件是否可靠固定在电路板上？,5.8 设计规范与技术标准,GB、GJB、QJ、SJ、行标、企标、ISO、IEC、ENGB/T 7828 可靠性设计评审GJB/Z 35 元器件降额准则GJB/Z 27 电子设备可靠性热设计手册QJ 1474-1988 电子设备热设计规范 GJB-Z102 软件可靠性和安全性设计准则IEC 61508-7 电气电子可编程电子安全相关系统的功能安全 第7部分技术和措施SJ 20370-1993 军用电子测试设备通用规范.设计和结构
38、的基本要求,5.9 电路器件与系统的可靠性预计和分配评估,可靠性预计和分配报告示例.pdf,5.10 元器件失效机理,闩锁失效,具体分为如下机理：器件输出端VOUT存在较大感性负载或容性负载；设备使用两组通断延时有差异的电源；驱动输出有长线；接地不良；EOS使电压超过器件击穿电压，使IC电源对地进入二 次击穿状态。,失效原因分析,开路失效的可能原因：过电应力(EOS)损伤；金属电迁移；电化学腐蚀；压焊点脱落；闩锁效应；塑封器件的爆米花效应。短路和漏电的机理：静电放电ESD损伤；颗料引发短路；介质击穿。参数漂移的失效机理：封装内水汽凝结；介质沾污；接触阻抗退化；电迁移；(高温,电流密度,金属原子沿电流方向流动),端口特性阻抗曲线测试分析,直线：为严重EOS 反向漏电流缓慢增大：EOS或ESD 反向击穿电压下降：EOS或ESD 开路：EOS,闩锁,爆米花效应,电迁移 反向击穿电压不稳：芯片断裂或受潮,5.11 接地,根据作用目的确定接地方式安全地防浪涌接地（雷击浪涌、上电浪涌）工作地屏蔽悬浮地,
