《应用可靠性2_元器件选用》由会员分享,可在线阅读,更多相关《应用可靠性2_元器件选用(29页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、电子元器件的 可靠性应用,第2章 电子元器件的选用,主讲:庄奕琪,本章概要,元器件质量等级 元器件选择要点 元器件降额应用,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,级(特军级
2、) A2级:单片0.1 A3级:单片0.25,混合0.5 B级(普军级) B1级:单片0.5,混合1.0 B2级:单片1.0,混合3.0 C级(民用级) C1级:单片4.0,混合8.0 C2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,使用时应依据 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,宇航级 S级:0.25 S-1:0.75 军用级 B级:1.0 B-1级:2.0 B-2级:5.0 民用级 D级
3、:10.0 D-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,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,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
4、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,以集成电路为例: 最小线条: 0.350.250.180.13um 衬底材料: CMOSSOISiGeGaAsSiC 互连材料:CuAl(国外先进工艺)AlCu(国内现有工艺) 钝化材料:SiNPSG聚烯亚胺无机有机 键合材料:AuAl(Si) 电路形式:数/模分离数/模合一RF/BB分离RF/BB
5、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,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,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
6、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,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,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,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
7、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,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,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
8、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,CMOSNMOSTTL 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) Mask ROMEPROMEEPROMFlash ROM,2.2 元器件选择要点 数字集成电路的选择,上升/下降时
9、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,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,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
10、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,金属膜RJ:环境温度范围宽(55125 ),噪声小,精度高碳膜RT:环境温度范围小(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,失效率:涤纶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,瓷介电容器的选择,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
11、 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125150,金属封装150200,化合物器件150175 ),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,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,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
12、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,合理选择降额等级合理选择降额参数 提高寿命:最高允许结温 抵抗浪涌应力:电压,电流 抵抗热应力:温度范围,最高允许结温,电流 抵抗潮湿应力:温度范围,2.3 元器件降额使用 降额应合理(1),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 降额应合理(2),功耗降额 选用耗散功率大的器件(分立器件) 电流电压降额 通过电流、电压降额来实现结温降额(小功率器件) 热阻降额 改善散热条件,必要时采用风冷或水冷(功率器件) 负载降额 减少输出或输入载荷(VLSI) 频率降额 降低时钟频率(微处理器),2.3 元器件降额使用 降低结温的途径,