電子產品可靠性設計分析方法-精選課件

1、電子產品可靠性設計分析方法北京航空航天大學可靠性工程研究所北京現(xiàn)代青亞科技有限公司10/1/20221Reliability Design and Analysis電子產品可靠性設計分析方法北京航空航天大學可靠性工程研究所9電子產品可靠性設計分析方法電子元器件的選擇與使用(GJB546-88，電子元器件可靠性保證大綱 )降額設計(GJB/Z35-93，元器件降額準則 )熱分析熱設計(GJBZ27-92，電子設備可靠性熱設計手冊 )環(huán)境應力篩選(GJB1032-90，電子產品環(huán)境應力篩選方法 )10/1/20222Reliability Design and Analysis電子產品可靠性設計分

2、析方法電子元器件的選擇與使用(GJB54電子元器件的選擇與使用為什么要控制選擇與正確使用電子元器件電子元器件的質量等級元器件的選擇控制目的原則管理元器件的正確使用10/1/20223Reliability Design and Analysis電子元器件的選擇與使用為什么要控制選擇與正確使用電子元器件9為什么要控制電子元器件的選擇與正確使用電子元器件是電子、電氣系統(tǒng)的基礎產品，是能夠完成預定功能而不能再分割的電路基本單元，其自身的可靠性是十分重要的；設計人員注重元器件的功能與性能，不關心其“質量等級”；元器件的采購缺乏“質量等級”概念“，渠道不暢、不穩(wěn)；元器件的使用：近一半的元器件失效并非由于

3、元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件選擇不當或使用有誤。航天部半導體器件失效分析中心的統(tǒng)計數(shù)字：返回10/1/20224Reliability Design and Analysis為什么要控制電子元器件的選擇與正確使用電子元器件是電子、電氣質量等級：是指元器件裝機使用之前，在制造、試驗及篩選過程中其質量的控制等級。 它對元器件的失效率有很大的影響。目前，預計國外、國內元器件失效率時，用質量系數(shù)Q作為不同質量等級對元器件工作失效率影響的調整系數(shù)。國外電子元器件的質量等級電子元器件的質量等級10/1/20225Reliability Design and Analysis質量等級：

4、是指元器件裝機使用之前，在制造、試驗及篩選過程中其電子元器件的質量等級半導體集成電路質量系數(shù)等級國內元器件的質量等級返回10/1/20226Reliability Design and Analysis電子元器件的質量等級半導體集成電路質量系數(shù)等級國內元器件的質元器件的選擇與控制目的保證元器件的性能、質量等應滿足產品要求；保證暢通的采購渠道、穩(wěn)定的貨源；減少品種；降低采購費用；正確的使用。選擇控制的總原則元器件的技術性能、質量等級、使用條件等應滿足產品要求；優(yōu)先選用經(jīng)實踐證明質量穩(wěn)定、可靠性高、有發(fā)展前途且供應渠道可靠的標準元器件；在產品設計時，應最大限度地壓縮元器件的品種、規(guī)格及其生產廠點；

5、要嚴格控制新研元器件的使用。10/1/20227Reliability Design and Analysis元器件的選擇與控制目的9/28/20227Reliabili元器件的選擇與控制元器件的控制大綱建立元器件控制機構建立控制方案控制策略：全面、重點，即廣度與深度控制元器件的名稱與種類規(guī)定選用的順序元器件優(yōu)選清單(PPL)QPL：Qualified Product List 經(jīng)過質量鑒定合格的元器件清單(合格元器件清單)PPL：Preferred Parts List 優(yōu)選元器件品清單制定降額準則、熱設計準則及其他使用指南元器件篩選對轉承制方元器件選用要求及控制對選用非優(yōu)選元器件的控制程序

6、繼續(xù)10/1/20228Reliability Design and Analysis元器件的選擇與控制元器件的控制大綱繼續(xù)9/28/20228RPPL清單優(yōu)選清單格式10/1/20229Reliability Design and AnalysisPPL清單優(yōu)選清單格式9/28/20229Reliabili返 回QPL清單10/1/202210Reliability Design and Analysis返 回QPL清單9/28/202210Reliability元器件的選擇與控制國產電子元器件的優(yōu)選順序按國家標準（GB）、國家軍用標準（GJB）、“七?！奔夹g條件（QZJ）、電子工業(yè)部標準（

7、SJ）執(zhí)行“七?！碑a品推薦品種保留品種適用品種國外電子元器件的優(yōu)選國外已形成了一系列的軍用標準和規(guī)范國外元器件質量等級、命名標志及選購指南問題忽視檢測概念模糊，選擇不當：“軍用溫度范圍”當“軍品”要求不明，采購不當渠道混亂，受騙上當返回10/1/202211Reliability Design and Analysis元器件的選擇與控制國產電子元器件的優(yōu)選順序返回9/28/20元器件的正確使用使用中存在的問題對元器件的性能掌握不夠。測試不當或測量儀器接地不當而燒毀電路。調機不當，造成損傷靜電損傷值得注意措施降額使用熱設計抗輻射設計防靜電設計操作過程中的問題儲存與保管的問題10/1/202212

8、Reliability Design and Analysis元器件的正確使用使用中存在的問題9/28/202212Rel元器件的正確使用抗輻射設計航天器中使用的元器件：外空間的各種輻射核爆炸環(huán)境：高能中子和射線防靜電設計制造過程(人的靜電防護)儲存運輸過程操作過程中的問題安裝的機械損傷儲存與保管的問題存儲環(huán)境返回10/1/202213Reliability Design and Analysis元器件的正確使用抗輻射設計返回9/28/202213Reli降額設計降額設計概念與目的降額設計就是使元器件或設備工作時承受的工作應力適當降低于元器件或設備的額定值；降低基本故障率、提高使用可靠性的目的

9、（例子：陶瓷電源）；降額主要因素：電應力和溫度降額設計的關鍵：降額的程度與效果；降額等級 級降額：最大適用于故障危及安全、導致任務失敗 和造成重大經(jīng)濟損失的情況；級降額：適用于故障使任務降級和增加不合理的維修費用；級降額：適用于故障對任務完成影響很小和少量的維修。降額設計原則降額準則的制定與實施10/1/202214Reliability Design and Analysis降額設計降額設計概念與目的9/28/202214Reliab降額準則說明10/1/202215Reliability Design and Analysis降額準則說明9/28/202215Reliability D降額

10、設計原則降額設計原則各類元器件均有一個最佳的降額范圍，在此范圍內應力變化對其故障率影響較大。過度的降額也不可取，增加元器件的數(shù)量；降額到一定程度后，可靠性的提高是很微小的；過度降額反而有害：大功率晶體管在小電流下，大大降低放大系數(shù)而且參數(shù)穩(wěn)定性降低；繼電器的線包電流不僅不能降低，反而應在額定值之上，否則影響可靠的接觸；電應力降額容易，對溫度降額，主要依靠熱設計；降額提高可靠性，但要綜合考慮可靠性、體積、重量和費用等問題；根據(jù)設計、可靠性等的需要進行，一般參照GJB/Z-35元器件降額準則。10/1/202216Reliability Design and Analysis降額設計原則降額設計原

11、則9/28/202216Reliabi降額準則的制定與實施降額準則的制定在工程型號中制定降額準則，指導降額設計；參照GJB/Z-35制定降額準則根據(jù)可靠性需求、以往的經(jīng)驗或相似型號的降額準則確定元器件的種類及其在不同重要性要求下的降額等級；系統(tǒng)/分系統(tǒng)及其要求的降額等級；確定具體的參數(shù)應力；編制降額準則初稿；廣泛征求意見，修改降額準則初稿；確定正式的“降額準則”；10/1/202217Reliability Design and Analysis降額準則的制定與實施降額準則的制定9/28/202217Re降額準則的制定與實施可靠性設計準則的實施將準則作為“總師”的規(guī)范文件下發(fā)執(zhí)行；設計人員學習

12、，熟悉準則；對照與自己設計部分相關的準則，進行設計，確定參數(shù)的應力值；設計人員自查其設計對準則的“符合性”：不符合的條款，說明理由“為什么不符合”，并報上一級設計主管；編制準則符合性報告；與可靠性預計相結合；組織專家評審，進行“符合性”檢查；對“不符合”的條款，根據(jù)其對可靠性影響的程度，決策處理。返回10/1/202218Reliability Design and Analysis降額準則的制定與實施可靠性設計準則的實施返回9/28/202熱分析、熱設計熱分析、熱設計的概念熱分析：獲得產品的溫度分布熱設計：采取相應的溫度控制措施，控制電子設備的溫度 原因與目的電子產品可靠性對溫度是非常敏感提

13、高可靠性熱分析的內容與手段溫度計算熱測熱設計的方法電路板布局散熱措施10/1/202219Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計熱分析、熱設計的概念9/28/202219Re熱分析、熱設計原因和目的原因與目的電子產品可靠性對溫度是非常敏感，如圖所示，但溫度生高時，器件故障率迅速增大；電路板變形合理溫度布局，控制溫度，提高可靠性10/1/202220Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計原因和目的原因與目的9/28/202220R熱分析、熱設計熱分析的內容與手段熱分析的內容結點溫度：元器件PN結溫度，一般是元件的最高溫度

14、；殼溫度：元器件的殼的外表面的溫度；電路板溫度：連續(xù)的二維溫度分布，各點的溫度是厚度方向的平均值；電路板溫度梯度：沿著長度方向的溫度變化率，也是二維的； 熱分析手段計算：解析法（傳熱方程的解析解）和數(shù)值法（利用計算機求解溫度分布，如BETAsoft-Board軟件）； 熱測設備測量10/1/202221Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計熱分析的內容與手段熱分析的內容9/28/20熱分析、熱設計熱設計的方法電路板布局在滿足約束條件下，合理元器件布局，將功率大的器件分散放置，減少或消除熱應力集中點，從而降低溫度；散熱措施散熱原理熱傳導、熱對流、熱輻射熱設計

15、元器件溫度控制：熱降額、導熱膠、冷板設計電路板：使用耐熱高的印刷板，增加厚度利于導熱和自然散熱機箱：自然冷卻、強迫風冷、冷板設計、散熱器10/1/202222Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計熱設計的方法電路板布局9/28/202222熱分析、熱設計示例(熱分布)10/1/202223Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計示例(熱分布)9/28/202223Reli熱分析、熱設計示例(溫度剃度分布)返回10/1/202224Reliability Design and Analysis熱分析、熱設計示例(溫度剃度分

16、布)返回9/28/20222元器件的篩選(GJB1032-90)元器件篩選的概念與目的元器件篩選：在產品出廠前，有意將環(huán)境應力施加到產品上，使產品的潛在缺陷加速發(fā)展成早期故障，并加以排除，從而提高產品的可靠性;通過試驗剔除不合格或有早期失效的產品。早期故障期偶然故障期耗損故障期t(t)目的：淘汰有缺陷的器件：材料缺陷、工藝缺陷、設備狀況等因素引入；根據(jù)使用要求，篩去不符合的器件：壽命、使用環(huán)境，如溫度、輻射、振動等10/1/202225Reliability Design and Analysis元器件的篩選(GJB1032-90)元器件篩選的概念與目的早ESS 的應用及效益軌道故障減少50%

17、美國衛(wèi)星MTBF從1150h提高到9534h，提高7.3倍ANIUYK20V計算機MTBF從15000h提高到44362h，提高約3倍AG3變換器內場故障減少43%A-A17慣導系統(tǒng)外場故障從23.5%降到8%電子燃料噴射系統(tǒng)現(xiàn)場維修次數(shù)減少50%HEWLITT臺式計算機故障率降低4070%我國某飛機的大氣數(shù)據(jù)計算機元器件的篩選環(huán)境應力篩選(ESS)應用及效益10/1/202226Reliability Design and AnalysisESS 的應用及效益美國衛(wèi)星ANIUYK20VAG3變換器A元器件的篩選篩選的原則與難點原則：既要剔除不合格的產品、又不能將好的產品弄壞難點：篩選時的方法

18、、應力大小和時間篩選的種類一次篩選（篩選）、二次篩選（目的：篩選應力不夠、針對性差、檢驗）器件篩選、電路板篩選設備級篩選篩選應力溫度循環(huán)(75% 85%)隨機振動循環(huán)(15% 25%)，兩者綜合：90%10/1/202227Reliability Design and Analysis元器件的篩選篩選的原則與難點9/28/202227Relia無冷卻系統(tǒng)的產品溫 度： 最高 55 +125 oC 一般 40 +95 oC 最低 40 +75 oC溫 變 率： 最高 20 oC/min 一般 15 oC/min 最低 5 oC/min隨機振動： 若一個方向 10 min 不止一個方向 每個方向

19、5 min 頻率 20 2000Hz 功率譜密度 0.04g2/Hz 元器件的篩選環(huán)境應力篩選(ESS)機理及基本方法10/1/202228Reliability Design and Analysis無冷卻系統(tǒng)的產品溫 度： 最高 55 +1元器件的篩選的方法元器件篩選方法分類非破壞性試驗：對好的器件無損傷破壞性試驗；試驗后器件損壞，不能使用非破壞性試驗項目（GJB597、GJB33）內/外部目檢（封帽前）：封裝前后目視檢查有無問題；老練篩選：根據(jù)失效率特征（浴盆曲線），使器件在一定的溫度下工作一段時間；（時間和溫度）溫度循環(huán)：高低循環(huán)環(huán)境下放置一段時間檢漏：密封性檢查，氦質譜細檢、氟油初檢。破壞性試驗開帽目檢：打開封裝目視檢查芯片剪切強度試驗：變頻振動試驗：變頻振動循環(huán)環(huán)境下放置一段時間10/1/202229Reliability Design and Ana