PCBA可靠性设计课件.ppt

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电路板级可靠性设计 一、单板级可靠性 二、元器件降额 三、热设计 板级设计可靠性关注点 过渡过程 二阶系统的阶跃响应曲线 上升时间tr和超调量δ是一对矛盾,tr越小,则δ越大,反之,tr越大,则δ越小。 板级设计可靠性关注点 阻抗连续 走线线宽不一致 单板级的阻抗匹配方法 工程计算 工程计算的重要性 可以在设计初期验证方案是否可行 可以为元器件的选型提供依据 可以帮助设计者快速定位故障点 降额是使元器件使用中所承受的应力低于其额定值,以达到延缓参数退化, 增加工作寿命,提高使用可靠性的目的。 两大问题:分级和选择降额参数 。 常见应力:电应力、热应力、机械应力、环境应力、时间应力。 依据:《GJB/Z 35-93 元器件降额准则》标准 什么是降额 不是降额越多越好 不是什么指标都允许降额 降额注意事项 热应力条件: 环境温度与器件温度 从一些IC的datasheet上,我们会看到器件的应用温度范围很宽, 甚至有的达到150℃,于是认为如此高的适应温度范围可能热应 力而引起器件故障几乎是不会发生的了。 元器件负载特性曲线 元器件温度负载特性曲线 电阻降额 电阻类主要是功率降额,对高压应用环境还需电压降额 电阻降额,不同工艺,降额不同。 合成型电阻 薄膜电阻 绕线电阻 电容降额 电容类主要是电压和功耗降额,有时考虑工作频率降额 数字IC对其负载、应用频率降额 集成电路主要是工作电流或工作电压的降额 集成电路降额 集成电路电路单元小 ,导体断面电流密度大,因此在有源结点上可能有很高的温度。高结温是对集成电路破坏性最大的应力。 降低结温的措施: 低功率 为减少瞬态电流冲击加去耦电路 工作频率低于额定功率 有效的热传递 晶体管是工作电流、工作电压、功耗、频率的降额 普通二极管频率降额 开关二极管的工作峰值反向电压 变容二极管的击穿电压 可控硅的工作浪涌电流及正向工作电流降额 晶体管二极管降额 继电器触点电流的降额,按容性负载、电感性负载及电阻性负载等不同 负载性质做出不同比例的降额。对容性负载要按电路接通时峰值电流进行降额 电连接器的降额主要是工作电流的降额,其次是工作电压的降额。降额程度根据触件间隙大小及直流和交流电源而定 晶体是驱动电压降额 继电器、连接器、晶体降额 热设计的重要性 误区:板子上没有感觉烫的器件因此不用做热设计与热分析。 举例说明:某两款笔记本电脑,某款I厂家的键盘,摸着温温的,不 热;另一款H厂家的,摸着键盘发烫。到底这两款哪家的散热更好? 对MCU、驱动器件、电源转换器件、功率电阻、大功率的半导体分立元件、开关器件类的能量消耗和转换器件,热测试都是必须的。 热测试:接触式和非接触式。热测试得到的仅是壳体表面温度,怎么得到结温? △T是硅片上的PN结到壳体表面的温度差(Tj-Ts),Ts即是测得的壳体温度,单位℃ ? Rj是从PN结到壳体表面的热阻,从器件的datasheet上可以查到,单位℃/W ? Q是热耗,单位W。 结温的计算 △T = Rj * Q 能量转换类器件 热耗的计算 非能量转换器件 DC-DC:Q = (1-μ)*Pin LDO:Q = (Vin-Vout)*Iout TTL:静态功耗Ps MOS:动态功耗Pd Ps = UI Pd = PT+PL 一般的热设计思路有三个措施:降耗、导热、布局。 降耗:是不让热量产生 导热:把热量导走 布局:热没散掉但通过措施隔离热敏感器件 热设计的措施 降耗是最原始最根本的解决方式 低功耗设计:需要结合具体的设计进行分析 器件选型时尽量选用发热小的元器件 对温度敏感的特型元件进行温度补偿与控制 降耗 导热 热传递的三种方式: 辐射 传导 对流 传导散热实例 元器件安装在最佳自然散热的位置上 元器件热流通道要短、横截面要大和通道中无绝热或隔热物 发热元件分散安装 元器件在印制板上竖立排放。 布局 元器件布局减小热阻的措施: 可靠性电路实例 可靠性电路实例 可靠性电路实例

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