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第6章 元器件降额设计 2021 第6章 元器件降额设计lpar;2021rpar; v 降额设计的定义与目的 §定义：降额设计就是将元器件在使用中所承受的应力(电、热、机械应力等) 低于其设计的额定值；§目的 ?通过限制元器件所承受的应力大小，降低元器件的失效率，提高使用可靠性； ?若元器件一直在额定应力下工作，其性能退化速率较快，降额设计能延缓其参数退化，增加工作寿命；?使设计有一定安全的余量。 v 应力：在贮存/运输和工作中对于元器件产品的功能产生影响的各种外界因素，统称为应力。常遇到的有： §电应力：指元器件外加的电压/电流及功率等; §温度应力：指元器件所处的工作环境的温度; §机械应力：指元器件所承受的直接负荷、压力、振动、碰撞和跌落; v 元器件工作时承受的电/热应力越高, 器件的失效率越高。v 金属膜电阻器基本失效率随工作电应力的变化（工作温度为40℃） 0.1) 1-h /6-01(0.05环境温度（℃） 金属膜电阻器基本失效率曲线 降额设计的发展 v 元器件降额设计在先进国家起步比较早，我国在80年代初期开展了该项工作； v 1984年1月，航天部在国内率先颁布了元器件的可靠性降额准则QJ417-88； v 1993年9月该标准上升为GJBZ35-93《元器件降额准则》； 降额设计的工作过程 ①确定降额准则②确定降额等级 降额设计的工作过程： ③确定降额参数④确定降额因子⑤降额计算及分 ①确定降额准则 v 降额准则是降额的依据和标准。v 国产电子元器件 §GJB/Z35-93 《元器件降额准则》 v 国外元器件参考 §《元器件可靠性降额准则》(美国波音宇航公司为罗姆航空发展中心编制) §《电子元件降额要求和应用准则》欧空局 ②确定降额等级 v 降额等级表示设备中元器件降额的不同范围； v 我国国军标GJB/Z35-93《元器件降额准则》—3个等级 降额等级降额程度可靠性改善 I 级最大最大 设备的失效将导致人员 伤亡或装备与保障设施的严重破坏对设备有高可靠性要求 且采用新技术、新工艺 的设计由于费用和技术原因， 设备失效后无法或 不宜维修系统或设备的尺寸、重 量将有显著增加 设计实现难易增加的费用 II 级中等适中 设备的失效将可能引起 装备与保障设施的 损坏有高可靠性要求且采用了某些专门的设 计需交付较高的维修费用系统或设备的尺寸、重 系统或设备的尺寸、重量 容易较低III 级最小较小 设备的失效不会造成人员 和设施的伤亡和破坏设备采用成熟的标准设计故障设备可迅速、经济地 ②确定降额等级 §GJB/Z35对不同类型装备推荐应用的降额等级 应用范围航天器与运载火箭 战略导弹战术导弹系统飞机与舰船系统通信电子系统武器与车辆系统地面保障设备 最高I I I I I I II 最低I II III III III III III §美国罗姆空军发展中心(RADC)对不同应用范围推荐的降额等级 环境地面飞行空间导弹发射 III II I I ③确定降额参数 §影响元器件失效率的有关性能参数和环境应力参数； §首先应符合某降额等级下各项降额参数的降额量值的要求； §在不能同时满足时，尽量保证对关键降额参数的降额； ③确定降额参数 例一：集成电路的降额参数有电源电压、输入电压、输出电流、功率、最高结温等。v 降额参数： §高结温是对集成电路破坏性最大的应力，器件在工作时，结温要维持比较低的水平； §器件实际工作频率应低于其额定工作频率，否则功耗会迅速增加；§对于大规模集成电路，着重改进其封装散热方式，以降低器件的结温，尽可能降低其输入电平及输出电流和工作频率。 ③确定降额参数 例二、晶体管降额参数反向电压、电流、功耗及结温v 为防止电压击穿，应对其电压进行降额。 v 温度是影响晶体管可靠性的重要应力，因此晶体管的功耗和结温须降额； v 降额后通过反向电压、电流、功耗计算结温，如果不满足结温降额要求，应进一步降额。 v 功率晶体管有二次击穿现象，应按照安全工作区进行降额。 ③确定降额参数 例三、连接器降额参数为工作电压、工作电流和温度；v 影响连接器可靠性的主要因素有插