電子元器件選型參數(shù)與原則

電子元器件選型參數(shù)與原則目錄編者按 21.物料選型總則 22.各類物料選型規(guī)則 32.1.芯片選型總的規(guī)則 32.2.電阻選型規(guī)則 42.3.電容選型規(guī)則 42.3.1.鋁電解電容選型規(guī)則 42.3.2.鉭電解電容選型規(guī)則 52.4.片狀多層陶瓷電容選型規(guī)則 52.5.引腳多層陶瓷電容選型規(guī)則 62.6.繼電器選型規(guī)則 62.7.二極管選型規(guī)則 62.8.三極管選型規(guī)則 62.9.接插件選型規(guī)則 62.10.開關選型規(guī)則 62.11.電感選型規(guī)則 72.12.CPU選型規(guī)則 72.13.SRAM選型規(guī)則 72.14.EEPROM選型規(guī)則 72.15.晶體和晶振選型規(guī)則 72.16.電源選型規(guī)則 72.16.1.AC/DC選型規(guī)則 82.16.2.隔離DC/DC電源選型規(guī)則 82.16.3.連接器選型規(guī)則 8 94.綜合考慮 94.1.易產(chǎn)生應用可靠性問題的器件 94.1.1.對外界應力敏感的器件 94.1.2.工作應力接近電路最大應力的器件 94.1.3.頻率與功率都大的器件 94.2.選用元器件要考慮的十大要素 4.3.失效模式及其分布 4.4.高可靠元器件的特征 4.5.品種型號的優(yōu)先選用規(guī)則 4.6.供貨商應提供的可靠性信息 5.工藝考慮 5.2.CMOS芯片成品率與可靠性的關系 5.3.SPC數(shù)據(jù)：合格率的表征 5.4.SOI工藝 6.統(tǒng)計工藝控制 7.封裝考慮 7.1.寄生參數(shù)典型值 7.2.有利于可靠性 7.3.不利于可靠性 7.4.封裝材料的比較 7.4.1.塑料封裝 7.4.2.陶瓷封裝 7.4.3.金屬封裝 7.4.4.吸潮性問題 7.4.5.氣密性問題 7.4.6.溫度適應性問題 編者按電子元器件是電子系統(tǒng)的基礎部件，是能夠完成預定功能且不能再分割的電路基本單元。由于電子元器件的數(shù)量、品種眾多，因此它們的性能、可靠性等參數(shù)對整個電子產(chǎn)品的系統(tǒng)性能、可靠性、壽命周期等技術指標的影響極所以正確有效地選擇和使用電子元器件是提高電子產(chǎn)品可靠性水平的一項重要工作。電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性固有可靠性主要由設計和制造工作來保證，這是元器件生產(chǎn)廠的任務。1.物料選型總則1、所選器件遵循公司的歸一化原則，在不影響功能、可靠性的前提下，盡可能少選擇物料的種類。3、優(yōu)選生命周期處于成長、成熟的器件。4、選擇出生、下降的器件走特批流程。5、慎選生命周期處于衰落的器件，禁止選用停產(chǎn)的器件。7、禁止選用封裝尺寸小于0402(含)的器件。8、抗ESD能力至少100V,并要求設計做防靜電措施。9、所選元器件MSL(潮濕敏感度等級)不能大于5級(含)。10、優(yōu)先選用密封真空包裝的型號，MSL(潮濕敏感度等級)大于2級(含)11、優(yōu)先選用卷帶包裝、托盤包裝的型號。如果是潮濕敏感等級為二級或者以上的器件，則要求盤狀塑料編帶包裝，盤狀塑料編帶必須能夠承受125℃12、對于關鍵器件，至少有兩個品牌的型號可以互相替代，有的還要考慮方案級替代。13、使用的材料要求滿足抗靜電、阻燃、防銹蝕、抗氧化以及安規(guī)等要2.各類物料選型規(guī)則1)有鉛BGA焊球優(yōu)選Sn63Pb37合金，也可選擇高鉛(鉛含量≈85%)的SnPb合金。無鉛BGA焊球選擇SnAgCu合金。2)有引線的SMD和集成電路器件，引腳線金屬材料要為銅、銅合金、可閥合金、42合金材料，表面合金涂鍍均勻、厚度符合相關標準(4～7、6μ≈7、6μm(電鍍工藝)、或≈2、5μm(電鍍后熔融工藝)、或≈5、1μm(浸錫第4頁共17頁工藝)、或≈0、5μm(化學鍍工藝);阻擋層Ni:厚度≈3μm;SnCu鍍層：SnCu鍍層厚度≈3μm;Ni/Pd鍍層：Pd鍍層厚度≈0、075μm,Ni鍍層厚度在3μm以上；Ni/Pd/Au鍍層：Ni厚度≈3μm,Pd厚度≈0、075μm,Au厚度在0、025～0、10μm4)禁止選用QFN封裝的元器件，如果只能選用QFN封裝的元器件，必須經(jīng)過評審。選用任何QFN封裝的芯片必須經(jīng)付總一級的領導批準后才能使用。5)對于IC優(yōu)先選用腳間距至少0、5MM的貼片封裝器件。6)優(yōu)選貼片封裝的器件，慎選DIP封裝器件。7)盡量不要選用BGA封裝的元器件，不得不使用才選用。如果選用BGA,BGA球間距必須大于等于0、8mm,最好大于等于1、0mm。而且盡量選用使用有鉛BGA球器件的型號，并且使用有鉛焊接工藝。8)禁止選用不支持在線編程的CPU。2.2.電阻選型規(guī)則1)電阻阻值優(yōu)先選用10系列，12系列，15系列，20系列，30系列，39系列，51系列，68系列，82系列。2)貼片電阻優(yōu)選0603和0805的封裝，0402以下的封裝禁選。3)插腳電阻優(yōu)選0、25W,0、5W,1W,2W,3W,5W,7W,10W,4)對于電阻的溫漂，J檔溫漂不能超過500ppm/℃,F檔溫漂不能超過100ppm/℃,B檔溫漂不能超過10ppm/℃。5)金屬膜電阻1W及1W以上禁選，金屬膜電阻750k以上禁選。7)慎選電位器，如果無法避免，選用多圈的，品牌用BOURNS。電子電位器按照芯片選型規(guī)范操作。2.3.電容選型規(guī)則2.3.1.鋁電解電容選型規(guī)則1)普通應用中選擇標準型、壽命1000HR~3000HR(為價格考慮，慎選長壽第5頁共17頁命型),選擇鋁電解電容壽命盡量選擇2000Hr。2)對于鋁電解電容的耐壓，3、3V系統(tǒng)取10V、5V系統(tǒng)取10V、12V系統(tǒng)取25V、24V系統(tǒng)取50V;48V以上系統(tǒng)選100V。3)鋁電解電容必須選用工作溫度為105度的。4)對于鋁電解電容的容值，優(yōu)選10、22、47系列；25V以下禁選224、105、475之類容值型號(用片狀多層陶瓷電容或鉭電解電容替代)。5)對于高壓型鋁電解電容保留400V。禁選無極性鋁電解電容。6)普通鋁電解電容選用品牌"SAMWHA"(三和),高端鋁電解電容選用NCC(黑金剛)或其他日本名牌鋁電解電容。7)禁止選用貼片的鋁電解電容。2.3.2.鉭電解電容選型規(guī)則1)鉭電解電容禁止選用耐壓超過35V以上的。2)插腳式鉭電解電容禁選。3)對于鉭電解電容的耐壓，3、3V系統(tǒng)取10V、5V系統(tǒng)取16V、12V系統(tǒng)取35V,10V、16V、35V為優(yōu)選，4V、6、3V、50V為禁用(用鋁電解電容替4)對于鉭電解電容的容值：優(yōu)選10、22、47系列。容值105以下的鉭電解電容禁選(用陶瓷電容替代)。2.4.片狀多層陶瓷電容選型規(guī)則1)高Q陶瓷電容慎選；只用在射頻電路上。2)片狀多層陶瓷電容封裝：0603、0805優(yōu)選、1206、1210慎選、18083)片狀多層陶瓷電容耐壓：優(yōu)選25V、50V、100V;106(含)以上容值的耐壓不大于25V。4)片狀多層陶瓷電容容量：優(yōu)選10、22、33、47、68系列。5)片狀多層陶瓷電容的材料，優(yōu)選NPO、X7R、X5R,其它禁選。6)片狀多層陶瓷電容的品牌：TAIYO、MURATA、KEMET、TEMEX(高Q陶瓷電容)。第6頁共17頁2.5.引腳多層陶瓷電容選型規(guī)則1)新產(chǎn)品禁止選用此類電容(使用片狀多層陶瓷電容替代)。2.6.繼電器選型規(guī)則2.7.二極管選型規(guī)則1、禁止使用玻璃封裝的二極管。2、發(fā)光二極管優(yōu)選直徑為5mm的插腳型號、貼片發(fā)光二極管優(yōu)選選用有3、整流二極管：同電流等級優(yōu)先選擇反壓最高的型號、如1A以下選用4、肖特基二極管：同電流檔次的保留反壓最高的等級，如：1N5819保5、發(fā)光二極管優(yōu)選有邊、短腳的；為了保持公司產(chǎn)品的一致性，紅發(fā)紅、綠發(fā)綠等型號優(yōu)選，白發(fā)紅、白發(fā)綠等型號慎選；如果沒有特殊要求，盡量不要使用長腳、無邊的。7、瞬態(tài)抑制二極管的品牌優(yōu)選PROTEK,SEMTECH。2.8.三極管選型規(guī)則1、901X系列的三極管選用9012,9013。2.9.接插件選型規(guī)則1、禁選IC插座，如果不能避免使用IC插座，必須使用圓孔的IC插座。2、插針座選用三面接觸的，禁止使用2面接觸的。PC104等特殊要求的3、成套的接插件要求使用同一品牌的，既插頭、插座配套使用的要求它2.10.開關選型規(guī)則第7頁共17頁2.11.電感選型規(guī)則2.12.CPU選型規(guī)則1、如果選用的CPU是與我公司已使用過的同系列不同型號的，需要經(jīng)過生產(chǎn)付總同意。如果選用的CPU是我公司從來沒有使用過的新的系列的CPU,必須經(jīng)過公司級領導開會討論來決定。2、保留Atmega48,Atmega168,Atmega32,Atmega128。新的產(chǎn)品禁止再使用attiny2313和Atmega88。3、QFN封裝的Atmega128禁止以后新產(chǎn)品選用。5、以后新產(chǎn)品使用COLDFIRE系列替代68000系列。FLASH選型規(guī)則1、并行FLASH品牌優(yōu)選SPANSION、SST,禁止選用SAMSUNG。2、串行FLASH品牌優(yōu)選ATMEL。新的產(chǎn)品禁止再使用AT45DB081B-品牌優(yōu)選ISSI,CYPRESS,MICRON,IDT,禁用SAMSUNG。2.14.EEPROM選型規(guī)則2、串行EEPROM品牌優(yōu)選ATMEL和MICROCHIP。3、新的產(chǎn)品禁止選用24LC65-I/SM。2.15.晶體和晶振選型規(guī)則晶體物料通用技術要求：AT切(基頻),20pF負載電容，溫度范圍-20~+70℃(工業(yè)溫度等級),制造頻偏30ppm,溫漂50ppm/℃,無鉛產(chǎn)品。晶體和晶振品牌優(yōu)選HOSONIC和EPSON。2.16.電源選型規(guī)則第8頁共17頁1、對于可靠性要求高的產(chǎn)品，電源優(yōu)選LAMBDA和COSEL;2、選Lambda電源時，便于歸一化要求大家統(tǒng)一選帶JST接插件的型3、新產(chǎn)品盡量選用標準電源，不推薦定制電源。1、隔離DC/DC電源優(yōu)選TI公司的產(chǎn)品，TI產(chǎn)品不能滿足要求時優(yōu)選2.16.3.連接器選型規(guī)則①歐式連接器選型規(guī)則1、歐式連接器品牌優(yōu)選HARTING、ERNI、EPT,同一套產(chǎn)品使用的插頭和插座要求使用同一個品牌，禁止不同品牌配合使用。②RJ系列連接器選型規(guī)則1、如果不是外接通信信號必須使用，禁止選用RJ11和RJ12連接器。2、RJ45優(yōu)選連接彈片為圓針的、帶屏蔽殼、屏蔽殼有彈片的，RJ45連接彈片的鍍金層要求厚度不能低于3uin。3、禁止選用帶燈、帶變壓器的RJ45插座。4、RJ系列連接器品牌優(yōu)選PULSE(FRE)。③白色端子選型規(guī)則④PCB板安裝螺釘接線連接器選型規(guī)則1、PCB板安裝螺釘接線連接器品牌優(yōu)選PHOENIX。2、PCB板安裝螺釘接線連接器品牌優(yōu)選2位和3位接線端子，其它位數(shù)的連接器可以使用2位和3位接線端子拼接而成3、優(yōu)選5、08mm間距的，禁止選用5、00mm間距的。⑤其它矩形連接器選型規(guī)則2、連接器插針的鍍金層要求厚度不能低于3uin。3、優(yōu)選通用的連接器，禁止定制連接器。3.元器件選型基本原則：1)普遍性原則：所選的元器件要是被廣泛使用驗證過的，盡量少使用冷門、偏門芯片，減少開發(fā)風險。2)高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，降低成本。3)采購方便原則：盡量選擇容易買到、供貨周期短的元器件。4)持續(xù)發(fā)展原則：盡量選擇在可預見的時間內(nèi)不會停產(chǎn)的元器件。5)可替代原則：盡量選擇pintopin兼容芯片品牌比較多的元器件。6)向上兼容原則：盡量選擇以前老產(chǎn)品用過的元器件。7)資源節(jié)約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。4.綜合考慮CMOS電路：對靜電、閂鎖、浪涌敏感小信號放大器：對過電壓、噪聲、干擾敏感塑料封裝器件：對濕氣、熱沖擊、溫度循環(huán)敏感功率器件：功率接近極限值高壓器件：電壓接近極限值電源電路：電壓和電流接近極限值(電源)高頻器件：頻率接近極限值(射頻與高速數(shù)字)超大規(guī)模芯片：功耗接近極限值(特別是大功率的CPU、FPGA、DSP等)時鐘輸出電路：在整個電路中頻率最高，且要驅動幾乎所有數(shù)字電路模塊總線控制與驅動電路：驅動能力強，頻率高第10頁共17頁無線收發(fā)電路中的發(fā)射機：功率和頻率接近極限值4.2.選用元器件要考慮的十大要素1.電特性：元器件除了滿足裝備功能要求之外，要能經(jīng)受最大施加的電應2.工作溫度范圍：元器件的額定工作溫度范圍應等于或寬于所要經(jīng)受的工作溫度范圍。3.工藝質量與可制造性：元器件工藝成熟且穩(wěn)定可控，成品率應高于規(guī)定值，封裝應能與設備組裝工藝條件相容。4.穩(wěn)定性：在溫度、濕度、頻率、老化等變化的情況下，參數(shù)變化在允許5.壽命：工作壽命或貯存壽命應不短于使用它們的設備的預計壽命。6.環(huán)境適應性：應能良好地工作于各種使用環(huán)境，特別是如潮熱、鹽霧、沙塵、酸雨、霉菌、輻射、高海拔等特殊環(huán)境。7.失效模式：對元器件的典型失效模式和失效機理應有充分了解。8.可維修性：應考慮安裝、拆卸、更換是否方便以及所需要的工具和熟練9.可用性：供貨商多于1個，供貨周期滿足設備制造計劃進度，能保證元器件失效時的及時更換要求等。10.成本：在能同時滿足所要求的性能、壽命和環(huán)境制約條件下，考慮采用性價比高的元器件。4.3.失效模式及其分布失效模式：元器件的失效形式，即是怎么樣失效的?失效機理：元器件的失效原因，即是為什么失效的?元器件的使用者即使不能了解失效機理，也應該了解失效模式。失效模式分布：如果元器件有多種失效模式，則各種失效模式發(fā)生的概率4.4.高可靠元器件的特征制造商認證：生產(chǎn)廠商通過了權威部門的合格認證生產(chǎn)線認證：產(chǎn)品只能在認證合格的專用生產(chǎn)線上生產(chǎn)。第11頁共17頁可靠性檢驗：產(chǎn)品進行并通過了一系列的性能和可靠性試驗，100%篩選和質量一致性檢驗。工藝控制水平：產(chǎn)品的生產(chǎn)過程得到了嚴格的控制，成品率高。標準化程度：產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢驗符合國際、國家或行業(yè)通用規(guī)范及詳細規(guī)1.優(yōu)先選用標準的、通用的、系列化的元器件，慎重選用新品種和非標準器件，最大限度地壓縮元器件的品種規(guī)格和承制單位的數(shù)量。3.優(yōu)先選用器件制造技術成熟的產(chǎn)品，選用能長期、連續(xù)、穩(wěn)定、大批量供貨且成品率高的定點供貨單位。4.優(yōu)先選用能提供完善的工藝控制數(shù)據(jù)、可靠性應用指南或使用規(guī)范的廠家產(chǎn)品。5.在質量等級相當?shù)那疤嵯?，?yōu)先選用集成度高的器件，少選用分立器件。詳細規(guī)范及符合的標準：國軍標、國標、行標、企標質量等級與可靠性水平：失效率、壽命(MTTF)、抗靜電強度、抗輻照水平等可靠性試驗數(shù)據(jù)：加速與現(xiàn)場，環(huán)境與壽命，近期及以往，所采用的試驗方法與數(shù)據(jù)處理方法成品率數(shù)據(jù)：中測(裸片)、總測(封裝后)等質量一致性數(shù)據(jù)：批次間，晶圓間，芯片間，平均值、方差、分布工藝穩(wěn)定性數(shù)據(jù)：統(tǒng)計工藝控制(SPC)數(shù)據(jù)，批量生產(chǎn)情況采用的工藝和材料：最好能提供關鍵工藝和材料的主要參數(shù)指標使用手冊與操作規(guī)范：典型應用電路、可靠性防護方法等5.工藝考慮第12頁共17頁最小線條：0.35、0.25、0.18、0.13μm互連材料：Cu>Al(國外先進工藝)Al>Cu(國內(nèi)現(xiàn)有工藝)鈍化材料：SiN>PSG>聚烯亞胺無機>有機電路形式：數(shù)/模分離>數(shù)/模合一RF/BB分離>RF/BB合一成品率(有時稱為質量):出廠或老化篩選中在批量器件發(fā)現(xiàn)的合格器件可靠性：經(jīng)歷一年以上的上機時間后的失效器件數(shù)。一般而言，器件的質量與成品率越高，可靠性越好；但質量與成品率相同的器件，可靠性并非完全相同。5.4.SOI工藝SOI全稱為Silicon-On-Insulator,即絕緣襯底上的硅，該技術是在頂層硅和背襯底之間引入了一層埋氧化層。材料通過在絕緣體上形成半導體薄膜，SOI材料具有了體硅所無法比擬的優(yōu)點：可以實現(xiàn)集成電路中元器件的介質隔離，徹底消除了體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應；采用這種材料制成的集成第13頁共17頁電路還具有寄生電容小、集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢，因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術。此外，SOI材料還被用來制造MEMS光開關，如利用體微機械加工技術。SOI是硅晶體管結構在絕緣體之上的意思，原理就是在Silicon(硅)晶體管之間，加入絕緣體物質，可使兩者之間的寄生電容比原來的少上一倍。優(yōu)點是可以較易提升時脈，并減少電流漏電成為省電的IC。原本應通過交換器的電子，有些會鉆入硅中造成浪費。SOI可防止電子流失。摩托羅拉宣稱中央處理器可因此提升時脈20%,并減低耗電30%。除此之外，還可以減少一些有害的電氣效應。還有一點，可以說是很多超頻玩家所感興趣的，那就是它的工作溫度可高達300℃,減少過熱的問題。通常根據(jù)在絕緣體上的硅膜厚度將SOI分成薄膜全耗盡FD(FullyDepleted)結構和厚膜部分耗盡PD(PartiallyDepleted)結構。由于SOI的介質隔離，制作在厚膜SOI結構上的器件正、背界面的耗盡層之間不互相影響，在它們中間存在一中性體區(qū)，這一中性體區(qū)的存在使得硅體處于電學浮空狀態(tài)，產(chǎn)生了兩個明顯的寄生效應，一個是"翹曲效應"即Kink效應，另一個是器件源漏之間形成的基極開路NPN寄生晶體管效應。如果將這一中性區(qū)經(jīng)過一體接觸接地，則厚膜器件工作特性便和體硅器件特性幾乎完全相同。而基于薄膜SOI結構的器件由于硅膜的全部耗盡完全消除"翹曲效應",且這類器件具有低電場、高跨導、良好的短溝道特性和接近理想的亞閾值斜率等優(yōu)點。因此薄膜全耗盡FDSOI應該是非常有前景的SOI結構。目前比較廣泛使用且比較有發(fā)展前途的SOI的材料主要有注氧隔離的SIMOX(SeparationbyImplantedOxygen)材料、硅片鍵合和反面腐蝕的BESOI(Bonding-EtchbackSOI)材料和將鍵合與注入相結合的SmartCutSOI材料。在這三種材料中，SIMOX適合于制作薄膜全耗盡超大規(guī)模集成電路，BESOI材料適合于制作部分耗盡集成電路，而SmartCut材料則是非常有發(fā)展前景的SOI材料，它很有可能成為今后SOI材料的主流。SOI在器件性能上具有以下優(yōu)點：1)減小了寄生電容，提高了運行速度。與體硅材料相比，SOI器件的運行速度提高了20-35%;第14頁共17頁2)具有更低的功耗。由于減少了寄生電容，降低了漏電，SOI器件功耗可減小35-70%;3)消除了閂鎖效應；4)抑制了襯底的脈沖電流干擾，減少了軟錯誤的發(fā)生；5)與現(xiàn)有硅工藝兼容，可減少13-20%的工序。6.統(tǒng)計工藝控制工藝準確度和工藝穩(wěn)定性是決定產(chǎn)品成品率和可靠性的重要因素，可用統(tǒng)計工藝控制(SPC,StaTlsTIcalProcessControl)數(shù)據(jù)來定量表征。合格率的表征參數(shù)成品率(yield):批產(chǎn)品中合格品所占百分比。ppm(partspermillion):每一百萬個產(chǎn)品中不合格品的數(shù)量，適合于批量大、質量穩(wěn)定、成品率高的產(chǎn)品表征。工藝偏移和離散的表征：不合格品的產(chǎn)生主要來自元器件制造工藝不可避免地存在著的偏移和離散，工藝參數(shù)的分布通常滿足正態(tài)分布。7.封裝考慮有引腳元件：寄生電感1nH/mm/引腳(越短越好),寄生電容4pF/引腳無引腳元件：寄生電感0.5nH/端口，寄生電容0.3pF/端口不同封裝形式寄生效應的比較(寄生參數(shù)由小到大)無引腳貼裝>表面貼裝>放射狀引腳>軸面平行引腳第15頁共17頁寄生電感寄生電感PackageSizeandTypeLead-LengthInductance2.0-10.2nH4.4-21.7nH4.3-6.1nH4.9-8.5nH0.5-4.7nH電容器的寄生電感還與電容器的封裝形式有關。管腳寬長比越大，寄生電SMT封裝類型ReverseAspect08051206S