电子设备可靠性工程第6章电子元器件的可靠性技术课件.ppt

1、第六章 电子元器件的可靠性技术第六章第六章 电子元器件的可靠性技术电子元器件的可靠性技术6.1元器件的使用可靠性控制元器件的使用可靠性控制6.2元器件的降额设计与动态设计元器件的降额设计与动态设计6.3元器件的典型可靠性问题元器件的典型可靠性问题6.4电子元器件的失效分析技术电子元器件的失效分析技术第六章 电子元器件的可靠性技术晶体管的发明将人类历史带入又一次新的技术革命，尤其是进入上世纪60年代以后，随着MOS晶体管和MOS集成电路的出现，微电子工业将人类社会带入了一个高度集成的数字时代。1965年，G.Moore 总结了集成电路发展的规律，提出了著名的“摩尔定律”，即集成电路的集成度每3年

2、增长4倍。图6-1为Gorden Moore的原始预测草图。第六章 电子元器件的可靠性技术图6-1 摩尔定律的原始草图第六章 电子元器件的可靠性技术集成电路朝着更大规模的集成度发展，可靠性问题成为VLSI超大规模集成电路发展和应用中的重要考虑因素。本章综合讨论电子元器件的使用可靠性、为提高器件可靠性而引入的降额设计和动态设计、典型可靠性问题（经时击穿、栅泄漏、负偏压温度不稳定性）等内容，并介绍了针对器件失效的分析技术。第六章 电子元器件的可靠性技术6.1 元器件的使用可靠性控制元器件的使用可靠性控制6.1.1 元器件使用可靠性与质量元器件使用可靠性与质量使用可靠性是指产品在实际使用过程中表现出

3、来的可靠性。电子元器件领域中，把避免使用不当造成失效的技术称使用可靠性技术，亦可称使用可靠性。需指出的是，它不是元器件自身性能的表征，而是一门正确使用元器件的技术。国家标准GB/T19000-2008中对质量定义作了统一规定，即质量是一组固有特性满足需求的程度。该定义完整反映了现代质量观的内涵，包含了产品的所有重要特性，它要求在产品的整个生命周期内全面满足用户的需求。第六章 电子元器件的可靠性技术质量等级是表征元器件固有质量水平的主要指标之一。元器件的质量等级可分为如下两大体系：1）用于元器件生产控制、选择和采购的生产保证质量等级；2）用于电子设备可靠性预计的可靠性预计质量等级。两者有所区别，

4、又相互联系。由于它们有时都可以被简称为“质量等级”，所以很容易被混淆。不过，只有军用级元器件才有质量保证等级及失效率等级，而几乎所有的元器件都有可靠性预计的质量等级，这是两者最主要的差别。第六章 电子元器件的可靠性技术生产保证质量等级是元器件总规范规定的质量等级(失效率等级)，是生产厂家按总规范要求组织生产及产品出厂前规定的试验项目和应力条件进行筛选后产品品质的量化状态，是固有可靠性的表征。国产电子元器件可靠性预计质量等级是按照国家军用标准GJB/Z 299C2006进行电子设备可靠性预计时给出的质量等级，它与器件的质量保证等级及失效率等级有一一对应的关系。进口电子元器件可靠性预计质量等级主要

5、是按照美国军用标准MIL-HDBK-217 NOTICE进行电子设备可靠性预计时给出的质量等级。第六章 电子元器件的可靠性技术6.1.2 元器件的使用质量管理元器件的使用质量管理1.元器件的使用质量管理流程元器件的使用质量管理流程为保证元器件的使用质量，必须进行元器件的全过程的质量控制，称为元器件的使用质量管理。元器件的使用质量管理从大的方面可以分为设计选型的管理、采购管理、验收管理、贮存管理、生产调试过程管理和合理的淘汰管理机制等，细化之后的过程一般包括：选择、采购、监制、验收、二次筛选、破坏性物理分析（DPA）、失效分析、保管贮存、超期复验、发放、装联和调试、使用、静电防护、不合格元器件处

6、理、评审及质量信息管理等工作内容，针对军用元器件，质量保证的基本流程（除评审、信息管理）如图6-2所示。第六章 电子元器件的可靠性技术图6-2 军用元器件的使用质量管理流程图第六章 电子元器件的可靠性技术产品设计人员根据产品设计要求，依据上级单位发布的元器件优选目录，选择产品适用的元器件型号。产品设计初步完成后，应贯彻“保证质量，控制进度，节约经费，尽量集中”的原则，由采购主管部门统一协调组织采购工作。元器件验收包括到元器件生产单位去验收(下厂监制和验收)和到货检验两种类型的验收。对元器件原则上应全部进行二次筛选，对关键、重要的元器件应按产品要求进行破坏性物理分析。淘汰不合格元器件批次，贮存和

7、保管合格元器件，对元器件在仓库贮存的条件必须做出明确的规定，并定期监督管理。对超过贮存期的元器件要进行复查，按需要发放元器件、电装和调试，完成产品研制和生产。在元器件从出厂到装机调试过程中，各使用环节都应严格实施元器件的防静电要求。在产品生产及元器件使用的各个环节中，对关键元器件或重复出现失效的元器件应进行专门的失效分析。在元器件使用质量管理过程中，产品研制和生产单位应对元器件使用的合理性进行评审，并对元器件质量和可靠性信息进行收集、反馈和统计分析。第六章 电子元器件的可靠性技术2.元器件选择元器件选择元器件的选择是元器件使用质量管理流程中至关重要的一个环节，只有正确地选择元器件，才能保证设计

8、目的的实现和确保产品的可靠性。设计人员应该根据元器件所使用部位的电性能、体积、质量以及使用环境要求和价格因素等，选择正确的元器件型号并考虑所选元器件的外形封装形式、防静电和耐辐射等要求。选择元器件的具体原则和方法将在下一小节中详细说明。第六章 电子元器件的可靠性技术3.元器件采购、监制和验收元器件采购、监制和验收元器件采购的目的是使用单位为使采购到的元器件与设计选择要求的性能与质量一致。采购时要改变传统的“采购即简单的买卖”的思想，而要在保证质量的前提下控制进度和成本，进行统筹订货，在采购过程中积极主动参与元器件的质量管理。采购过程对元器件生产以及供应方的评价和管理十分重要，采购元器件需在型号

9、配套元器件合格供应商名录内选择供应商。为保证所选择的器件满足要求，使用单位应该对元器件采购过程加强管理，制定“元器件采购质量管理办法”，对采购部门工作人员的责任、采购清单内容要求、合同要求等进行规定；同时，元器件采购应制定采购文件，包括采购标准、采购清单和采购合同；在签订采购合同之前应对元器件采购清单进行评审，通过评审的采购清单可作为签订元器件采购合同的依据。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件监制是指到元器件生产厂对元器件的生产过程进行监督。通过监制能够及早发现影响元器件固有可靠性的薄弱环节，使得具有潜在缺陷的元器件在生产阶段就予以剔除。在采购合同中规定了需到元器件生产单位去监制的元器件，应

10、由验收委托单位委托具备资质的实验室进行。根据生产单位的质量保证能力情况，监制分为重点工序监制和全过程监制两种方式。监制人员的主要职责是监督、检查供货单位是否按相应的标准、技术条件及工艺文件所确定的内容和要求进行生产。元器件监制工作的主要内容包括了解元器件生产厂当前生产工艺状况和重点工序的质量控制状态，对厂商已经检验合格的监制品进行抽检或全检，向生产厂商反映监制工作中发现的质量问题，在监制的流程中对元器件的监制情况进行确认。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件验收工作主要是指到元器件生产厂去进行元器件的验收。元器件验收是到生产厂把好元器件质量的最后一道关，它对保证元器件的质量和供货进度以及减少经

11、济损失均能起到重要作用。元器件验收包括下厂验收和到货检验两种形式。对于重点型号使用的元器件或关键元器件一般采用下厂验收的方式。在进行验收工作时，应该首先确认与元器件生产厂核实所验收的采购合同一致，了解提交验收元器件的全过程质量管理和控制情况，不能忽视生产过程中发生的质量问题、处理和分析结果及其纠正措施并索取相关报告；其次要检查所交付的元器件贮存期是否满足订购合同规定的规范或技术条件的要求；同时，还要对生产厂的质量证明文件进行审查，质量证明文件至少应包括筛选试验报告、工艺流程卡、质量一致性报告和产品合格证等；应该与生产厂商共同完成验收试验，当合同中有DPA要求时，还应在验收时做规定的DPA项目。

12、第六章 电子元器件的可靠性技术4.元器件筛选元器件筛选是指专为剔除有缺陷的或可能引起早期失效的或选择具有一定特性的元器件产品进行的筛选。这种筛选一般都是在元器件产品的全部生产过程完成之后，对元器件产品100%的进行筛选。它是一种对产品进行全数的非破坏性检验，其目的是为了淘汰有缺陷的元器件和根据使用要求筛去不符合要求的元器件。对于任何设计合理、工艺成熟的生产线生产出来的产品也有可能还存在早起失效产品，它们会致使整批产品的使用可靠性大大降低，通过筛选剔除掉早期失效元器件，使得通过筛选的元器件从开始使用就进入失效率低而恒定的时期，从而提高元器件批产品的使用可靠性。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件

13、的筛选分为一次筛选和二次筛选，一次筛选是元器件生产厂出厂之前对元器件进行的筛选。如果元器件生产单位已做的筛选试验不能满足产品对元器件质量控制要求时，为确保产品用元器件的使用质量，元器件的使用单位对已经验收合格的元器件可进行二次筛选，或使用单位认为有必要在一次筛选后再次进行筛选。第六章 电子元器件的可靠性技术5.元器件破坏性物理分析元器件破坏性物理分析破坏性物理分析（Destructive Physical Analysis,DPA）是为验证元器件的设计、结构、材料和制造质量是否满足预定用途或有关规范的要求，按照元器件的生产批次进行抽样，对元器件样品进行解剖，以及解剖前后进行一系列检验和分析的全

14、过程。DPA是对合格产品的分析，它是采用和失效分析相似的技术方法，分析评估特性良好的元器件是否存在影响可靠性的缺陷，是一种对批质量的评价。DPA借助一些失效分析的手段，并以预防失效为目的，对元器件的使用可靠性起着重要保障作用。它是遵循“预防为主、早期投入”的方针，对重要的元器件在投入使用之前，按生产批次对元器件抽样件进行DPA，剔除不合格的有缺陷的批次，从而保证系统的可靠性。第六章 电子元器件的可靠性技术6.失效分析和不合格元器件处理失效分析和不合格元器件处理失效分析是为确定和分析元器件的失效模式、失效机理和失效原因对失效样品所做的分析和检查。失效分析是对失效元器件的事后检查，通过对失效的元器

15、件进行必要的电、物理、化学的检测和分析，确定失效模式、机理和原因。它既要从本质上研究元器件自身的不可靠性因素，又要分析研究其工作条件、环境应力和时间等因素对器件发生失效所产生的影响。第六章 电子元器件的可靠性技术在到货检验、二次筛选、贮存、电装和调试及使用过程中，发现失效或不合格元器件时，应对其进行失效分析，确定失效模式和失效机理，提出纠正措施。分析结果如为批次性失效，应对整批元器件拒收或退换，如为非批次性失效，则剔除失效元器件后可以接受。必要时应抽样进行DPA，验证失效的非批次性。对于使用的元器件，应整批进行针对性检验，当不合格品率小于允许的不合格品率时，剔除不合格品后可整批接收或继续使用，

16、否则应整批拒收、退换。第六章 电子元器件的可靠性技术7.元器件使用元器件使用设计人员在合理选择元器件的同时，应进一步采用一些可靠性设计技术，提高元器件的使用可靠性。这些使用可靠性设计包括降额设计、容差设计、热设计和电磁兼容防护设计等，这部分内容将会在6.2和第7章中详细介绍。第六章 电子元器件的可靠性技术8.元器件电装与调试元器件电装与调试元器件的电装是指将若干个元器件按照要求进行有序的组装和焊接到印制电路板的过程。正确的电装技术是保证元器件使用可靠性的重要措施，因此在电装时应该严格控制电装的环境和工艺。元器件电装的基本要求有：保证安全使用，不损伤元器件，保证电路的电性能正常，保证某些元器件（

17、例如散热片、变压器等）的机械强度，保证散热要求，并且要满足电磁兼容要求。第六章 电子元器件的可靠性技术电子电路的调试就是以达到电路设计指标为目的而进行的“测量、判断、调整、再测量”的反复进行的过程。电路板应按操作规程进行调试，调试时应采取必要的防护措施，特别需要注意测试设备应良好接地，禁止电路板及整机在通电情况下装联或拆卸元器件。电路调试的目的是发现和纠正设计方案的不足和电装的不合理，然后采取措施加以改进，使电子电路或电子装置达到预定的技术指标。第六章 电子元器件的可靠性技术9.元器件储存、评审和质量信息管理元器件储存、评审和质量信息管理由于装备电子产品研制周期较长，而元器件更新换代比较快，往

18、往在装备电子产品的研制过程中或产品在使用过程中需要维修时，有些元器件已经不再生产，为了解决这一矛盾，通常需要在采购电子元器件时留有足够的余量，以解决装备研制的需要。作为元器件的采购方和使用方普遍采用“一次采购、多次使用”的方式，但这主要取决于元器件允许长期储存的期限，以及超过了规定的储存期限后，需要通过必要的检测，才能验证元器件的质量和可靠性仍能满足要求。元器件的储存可靠性主要与这些因素有关：由设计、工艺和原材料决定的元器件固有质量状况，元器件储存的环境条件，元器件的不同类别，装备的可靠性要求。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件的评审的目的是评定研制阶段的元器件在选择和使用等方面是否满足相关

19、规定的要求。为确保产品质量，产品研制过程中可以组织专家对影响元器件质量的有关问题进行评审，以发现元器件选用过程中存在的问题并提出改进意见。元器件的评审工作包括：检查元器件的选用是否符合优选要求；检查关键、重要元器件选用情况是否正确合理；检查元器件的使用（降额设计、热设计和安装工艺等）是否符合有关规定；检查是否按规定进行了元器件验收、复验、二次筛选和破坏性物理分析以及对不合格批的处理；检查已用的元器件是否符合规定的元器件贮存期要求；检查是否对失效元器件进行了失效分析、信息反馈及采取了有效措施。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件的质量与可靠性控制与各种相关的信息是密不可分的。在元器件选择、采购、

20、监制和验收、筛选和复验以及失效分析等环节中，存在大量的元器件信息，如型号元器件选用信息、元器件相关的试验信息、元器件失效和失效分析信息等，这些信息对于从事型号产品研究的单位来说都是极大的财富。建立现代信息管理立体网络，以最佳途径和最快的速度对质量与可靠性信息进行收集、整理、存储、分析、处理并反馈到决策和执行部门，单靠个体行为是无法完成的。为保证信息管理渠道畅通与信息的完整，必须建立科学的信息管理模式。良好的信息管理工作可以及时向各部门提供高质量信息，不仅可以缩短提高产品质量和可靠性的进程，而其可以减少为大量获取信息的重复试验，具有重大的经济效益。加强质量和可靠性信息管理网络建设是各企业有序、有

21、效开展管理工作的必然要求。第六章 电子元器件的可靠性技术6.1.3 元器件选用分析评价和优选目录元器件选用分析评价和优选目录1.元器件选用与分析评价过程元器件选用与分析评价过程正确并合理地选择元器件，并对元器件选用过程进行管理和有效控制，是实现设计目标的有效手段。元器件选用及其控制的一般过程如图6-3所示。元器件选用应首先分析产品设计和元器件使用需求及其限制条件，根据元器件优选相关原则或优选目录选择元器件。对于所选择的元器件，应明确其可能遇到的局部使用环境，对其性能、可靠性、费用、电装、生产制造商及元器件代理商能力等进行评价。第六章 电子元器件的可靠性技术图6-3 元器件的选用及其控制过程第六

22、章 电子元器件的可靠性技术1）元器件使用需求及限制分析需求及限制分析的目标是通过分析使设计工程师可以选择恰当的元器件并使之符合所需的产品。即元器件的选用必须符合产品要求，同时还必须考虑受产品设计特性限制的要求。这些分析可能包括产品功能需求、外形及尺寸需求、市场价格期望、产品研制周期和上市时间需求、技术性限制、成本限制、测试需求及质量需求等内容。第六章 电子元器件的可靠性技术2）元器件的选择备选元器件首先应该符合产品的功能需求和技术发展趋势，此外，还必须考虑一个合理的可接受的费用。（1）选择电子元器件一般遵循以下原则：选用元器件的应用环境、性能指标、质量等级等应满足产品的要求；优先经实践证明质量

23、稳定、可靠性高、生命周期长的标准元器件；选择有良好信誉的生产厂家的元器件；弄清元器件的型号标志含义，提供完整的元器件型号；应最大限度地压缩品种、规格和生产厂家，有利于选购和管理。第六章 电子元器件的可靠性技术（2）国产元器件的选择顺序：型号元器件优选目录中的元器件；经军用电子元器件质量认证委员会认证合格的QPL及QML中的元器件；经过使用考验的、符合要求的、能够稳定供货的定点生产厂生产的元器件；有成功应用经验，符合设备使用环境的其他元器件。第六章 电子元器件的可靠性技术（3）进口元器件的选择顺序：型号元器件优选目录中的元器件；国外权威机构的QPL/PPL中的元器件；生产过程中经过严格筛选的高可

24、靠元器件；经在国内型号中使用考核符合型号要求的元器件；优先选择国外著名元器件生产厂家和有良好信誉的代理商。第六章 电子元器件的可靠性技术（4）元器件质量等级的选择原则：产品分配的可靠性指标高，应选用质量等级高的元器件；关键部件或重要设备应选用高质量等级的元器件；基本失效率高的元器件，应选用质量等级高的产品；为了同时能够满足产品质量和经济性的要求，各种不同设备或同一设备的不同部件可以采用不同质量等级的元器件。第六章 电子元器件的可靠性技术3）应用评价元器件的寿命周期经历元器件的组装、贮存和使用情况等相关的环境。元器件局部使用环境是指产品中邻近该元器件的环境，它随产品的整个过程环境变化。设计人员应

25、分析元器件全寿命周期内的应力条件，对元器件进行性能、可靠性和电装等评价。性能评价的目标是评价元器件适应产品功能和电性能需求的能力。所选元器件应在电、机械和功能性能上适合产品的运行条件，设计应使得各类元器件能够在最坏工作条件下也不会出现“过应力”情况。第六章 电子元器件的可靠性技术可靠性评价为产品设计工程师提供了元器件在特定使用条件下可靠工作的持续能力。如果元器件的可靠性不能通过可靠性评价，应考虑一种可替换的元器件或改进产品设计，包括加入热设计、减振处理和修改组装参数等。电装评价包括电装过程兼容性问题、电路板走线兼容性问题。电子设计人员除掌握印制电路板设计和各种可靠性试验技术之外，还必须了解电装

26、工艺规范，有助于提高电子产品可靠性。第六章 电子元器件的可靠性技术4）元器件制造商与代理商的评价制造商评价是指对元器件制造商的生产一致性的能力进行评价。代理商评价是指在代理商能够不影响元器件内在质量条件下提供元器件以及提供所需服务的能力评价。如果元器件制造商与代理商能够满足最低可接受水平的要求，则他们所提供的元器件产品就可以成为备选元器件。第六章 电子元器件的可靠性技术2.军用产品元器件的选用军用产品元器件的选用军用电子设备使用环境一般都比较恶劣，同时其质量和可靠性水平要求很高。军用产品设计人员必须根据元器件的性能特性要求、使用环境要求和质量等级要求等要素，正确地选择元器件。军用产品元器件的选

27、择除了上文提到的原则之外，还应注意以下几点：首先从型号元器件优选目录或有关部门制定的元器件优选目录中选择；在满足性能和质量要求的前提下，优先选用国产元器件；严格控制元器件优选目录外的元器件和新研元器件的选用；不得选择禁止使用的元器件和尽可能减少限制使用的元器件。第六章 电子元器件的可靠性技术 为满足需要，在军用元器件选用过程中，设计工程师除了选择 型号元器件优选目录中的元器件外，有时不得不选用目录外的元器件。因此，必须对军用元器件选用过程进行控制和管理来保证军用产品的质量和可靠性，该项工作包括优选目录外元器件的选用控制、新研国产元器件的选用控制、进口元器件的选用控制、工业级元器件的选用控制和塑

28、封元器件的选用控制等内容。第六章 电子元器件的可靠性技术3 元器件优选目录制定和使用元器件优选目录制定和使用对军用装备用元器件，产品研制单位应按照GJB3404-1998电子元器件选用管理要求制定军用电子元器件优选目录作为选用、质量管理和采购的依据。元器件优选目录应根据产品研制和生产不同阶段进行动态管理和修改。与元器件优选相关的一些目录主要有：合格产品目录QPL(Qualified Products List)、元器件合格制造厂目录QML(Qualified Manufacture List)、元器件优选目录PPL(Preferred Parts List)。QPL和QML认证的目的是保证持续

29、的产品性能、质量和可靠性，提供完成长时间或高复杂的评价和试验。第六章 电子元器件的可靠性技术QPL是对具体产品或产品系列进行的质量认证，包括生产线审查和产品鉴定。通过认证的产品列入认证合格产品清单，通常适合于要求长期和稳定供应的元器件产品，该产品设计或制造过程工艺应极少发生重大更改，常用于军事产品行业等领域。QML是对材料和工艺而非具体产品进行的质量认证，包括生产线审查和材料与工艺鉴定，通过认证和鉴定的元器件生产线列入合格制造厂目录。PPL是由研制单位按有关标准规定的要求内容和程序制定，为了使产品设计人员能择优选择元器件的品种、规格和生产厂，并控制选择的元器件质量等级，以及压缩元器件的品种、规

30、格和生产厂，达到保证元器件的使用质量和减少保障费用的目的。第六章 电子元器件的可靠性技术研发单位应在方案设计阶段就编制元器件优选目录，编制目录时要优先将通过国家军用标准认证并列入合格产品目录的元器件和生产厂列入目录，选择实践证明质量稳定、可靠性高、技术先进的标准元器件作为优选品种。元器件优选目录的主要内容形式如表6-1所示，应包括序号、元器件名称和型号、规格、主要技术参数、封装形式、质量等级、采用标准及生产厂或研制单位等内容。第六章 电子元器件的可靠性技术第六章 电子元器件的可靠性技术6.1.4 元器件使用可靠性设计元器件使用可靠性设计电子元器件的使用可靠性设计是在产品功能设计的同时，针对产品

31、在使用过程中可能出现的失效模式，采取相应的设计技术，以消除或控制元器件失效，使产品在全寿命周期内满足规定的可靠性指标。元器件使用可靠性设计包括降额设计、热设计、静电防护设计、抗辐加固设计、耐环境设计等。降额设计是将元器件在使用中所承受的应力低于其设计的额定值，通过限制元器件所承受的应力大小，达到降低元器件的失效率、延长使用寿命，提高使用可靠性的目的。需要降额的主要参数有结温、电压和电流等。第六章 电子元器件的可靠性技术热设计是控制电子设备内所有元器件的温度，使其在设备所处的工作环境条件下不超过规定的最高允许温度，从而达到防止元器件出现过热应力而失效，保证电子设备正常、可靠工作的目的。温度是影响

32、元器件失效率的重要因素，对微电路来说，温度每升高10大约可使失效率增加一倍，因此在元器件的布局和安装过程中，必须充分考虑到热的因素，采取有效的热设计，保证元器件工作在允许的温度范围内。第六章 电子元器件的可靠性技术静电防护应贯穿于电子产品的全过程，即在设计、生产、使用的各环境都要采取相应措施。这可以从两个方面着手：一是在器件的设计和制造阶段，通过在芯片上设计制作各种静电保护电路或保护结构，来提高器件的抗静电能力；二是在器件的装机使用阶段，制定并执行各种防静电的措施，以避免或减少器件可能受到的静电的影响。因此必须在各个环节都采取措施，其中任何一个环节的疏忽，都可能造成静电对器件的损伤。第六章 电

33、子元器件的可靠性技术抗辐加固设计归纳起来有两种途径：一是根据使用需要，通过采用抗辐射能力强的新设计、新工艺、新材料等进行器件抗辐射加固，制造出具有较高抗辐射能力的器件；二是在器件使用过程中，采用抗辐射加固措施，使各种辐射效应减至最小，即应用抗辐射加固，又称系统级加固。元器件的耐环境设计又称为环境适应性设计，是保证元器件在规定的寿命期内，在装运、储存和使用过程的预期环境中，实现规定功能的设计技术。根据元器件所处的环境类别，重点对元器件应进行耐高温环境设计、耐力学环境设计、“三防”（耐潮湿、盐雾和霉菌环境）设计、耐静电环境设计及耐辐射环境设计。第六章 电子元器件的可靠性技术6.1.5 军用元器件质

34、量保证及其标准军用元器件质量保证及其标准1.军用元器件质量保证军用元器件质量保证军工产品上的元器件质量由其固有质量和使用质量组成，因此军用元器件的质量保证由元器件固有质量保证和使用质量保证两部分组成。为保证军用元器件的质量水平达到实际要求，军用元器件产品质量及其生产需要按照相关规范要求通过规定的程序予以认证。质量认证包括了两方面：一是对元器件生产单位的生产线及其质量保证能力的审查和评定；二是对其所生产的元器件产品进行鉴定或考核。凡符合规定要求的、通过质量认证的军用元器件，均被列入合格产品目录（QPL）或合格制造厂目录（QML），优先推荐给军工产品研制单位选择并使用。第六章 电子元器件的可靠性技

35、术在保证和提高军用元器件的固有质量的同时，作为军工产品的研制单位，在产品方案论证阶段结束后，应编制元器件质量和可靠性管理规定（或要求）作为军工产品后续研制阶段组织实施和监督检查元器件保证工作的主要依据。元器件质量和可靠性管理规定（或要求）主要包括了使用方质量保证机构的职责、元器件优选目录的制定、元器件质量等级范围、元器件监制验收要求、二次筛选要求、破坏性物理分析要求、失效分析要求和特殊环境（抗辐射和盐雾等）要求等内容。军用元器件质量保证工作除了考虑上述问题外，对军工产品研制生产中使用到的进口元器件、新品元器件、自制元器件以及超期贮存的元器件等的质量保证问题，进行控制和管理。第六章 电子元器件的

36、可靠性技术在保证和提高军用元器件的固有质量的同时，作为军工产品的研制单位，在产品方案论证阶段结束后，应编制元器件质量和可靠性管理规定（或要求）作为军工产品后续研制阶段组织实施和监督检查元器件保证工作的主要依据。元器件质量和可靠性管理规定（或要求）主要包括了使用方质量保证机构的职责、元器件优选目录的制定、元器件质量等级范围、元器件监制验收要求、二次筛选要求、破坏性物理分析要求、失效分析要求和特殊环境（抗辐射和盐雾等）要求等内容。军用元器件质量保证工作除了考虑上述问题外，对军工产品研制生产中使用到的进口元器件、新品元器件、自制元器件以及超期贮存的元器件等的质量保证问题，进行控制和管理。第六章 电子

37、元器件的可靠性技术2.军用元器件可靠性和质量保证有关标准军用元器件可靠性和质量保证有关标准为保证军用元器件的质量与可靠性，我国制定了一系列的元器件规范、标准和指导文件。元器件规范包括了元器件的总规范和详细规范。总规范对某一类元器件的质量控制规定了共性的要求，详细规范是对某一类元器件中的一个或一系列型号规定了具体的性能和质量控制要求，因此每个器件或元件的总规范下面又有若干个详细规范，总规范必须与详细规范配套使用。第六章 电子元器件的可靠性技术元器件试验标准是指导对某一类元器件进行试验、测量或分析的技术标准，这类标准的数量较少，但对保证元器件的质量起很重要的作用。对元器件的用户而言，结合产品规范了

38、解有关试验和测量方法的标准，不仅有助于深入地掌握元器件承受各种应力的能力，还可以为制定二次筛选等法规性文件提供参考。元器件的指导性标准主要包括三种：第一种是指导电子设备设计的标准（与元器件密切相关），如GJB/Z299C-2006电子设备可靠性预计手册等；第二种是指导元器件选择和使用的标准，如GJB/Z56-94宇航用电子元器件选用指南 半导体集成电路等；第三种是元器件的系列型谱，如GJB/Z38-93军用电容器系列型谱等。第六章 电子元器件的可靠性技术6.2 元器件的降额设计与动态设计元器件的降额设计与动态设计6.2.1 降额设计的定义及基本原理降额设计的定义及基本原理所谓元器件的降额设计，

39、国内外的相关文献中描述各有不同。在我国现行的元器件降额标准GJB/Z35-1993元器件降额准则中定义为“元器件使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。通常用应力比和环境温度来表示”。元器件工作过程中所承受的应力包括电、热、机械应力等。第六章 电子元器件的可靠性技术.降额相关定义降额相关定义首先，让我们先明确几个降额有关的定义：（1）降额：元器件以承受低于其额定值的应力方式使用。（2）额定值：对于某一具体参数而言，额定值是设计的元器件所能承受的 最大值（应力）。额定值通常用来说明那些随着应力增加，故障率也增加的应力，如温度、功率、电压或电流。例如，电容器的容量

40、、电阻的阻值也是额定值，因为其对可靠性的影响不大，同性能关系更大，一般不考虑降额。第六章 电子元器件的可靠性技术(3)应力：施加在元器件上并能影响故障率的电气、机械或环境力。(4)应力比：工作应力除以最大额定应力，一般用s表示。(5)应用：元器件的使用方法，该方法通常直接影响预计的故障率。应用因子包括元器件工作环境的所有电气、机械及环境特性。关键应用因子是对元器件故障率有严重影响的一种具体特性，因此将其作为降额指南的一部分。第六章 电子元器件的可靠性技术 2.降额设计基本原理降额设计基本原理 从元器件可靠性高低与承受的热、电应力的关系举例来说，一般情况下，元器件平均寿命（MTTF）可表示为：M

41、TTFexp(/)maFEkT(6-1)式中：F代表电应力；T为工作温度；k是玻尔兹曼常数；Ea是激活能；m为指数项常数。由(6-1)式可见，元器件工作时承受的电应力（例如工作电压、工作电流）和工作温度越高，则元器件的工作寿命就越低，可靠性越差。因此，在激活能Ea确定的情况下，要提高可靠性，就应该降低应力强度和工作温度。第六章 电子元器件的可靠性技术 降额设计的根本目的就是通过可靠性设计，使元器件工作时，对可靠性影响较大的关键部位承受的应力适当低于常规水平，延缓特性参数的退化，以降低其基本失效率从而提高使用可靠性。当元器件的工作应力高于额定应力时，失效率增加；反之，一般都要下降，这种关系如图6

42、-4所示。第六章 电子元器件的可靠性技术图6-4 环境应力对失效率的影响第六章 电子元器件的可靠性技术降额设计中元器件本身可以认为是可靠的，影响元器件可靠性和质量的主要参数都会给出额定值和最大额定值。最大额定值是器件的极限参数，是由其自身的结构、材料和工艺决定的。元器件在额定值下一般是允许工作的，但此时其失效率往往比较高。尽管元器件在设计时考虑留有一定的安全余量，元器件在开始使用时并没有发生失效（这里不将元器件缺陷引起的早期失效考虑进去），但是，比较大的使用应力施加在元器件上时，随着时间的推移其性能退化速度比较快，这是由于元器件本身的材料等原因造成的。因此，只有在低于额定值的条件下，元器件才能

43、保证其性能与可靠性。第六章 电子元器件的可靠性技术3.降额设计的重要性降额设计的重要性元器件的可靠性对其电应力和温度应力比较敏感，在一定范围内，随着电应力和温度应力的增加，元器件的失效率迅速上升。施加在电子元器件上的电、热应力大小直接影响电子元器件的基本失效率。常规情况下允许给元器件施加的热电应力称为元器件最大工作条件。而考虑可靠性的要求，采取降额设计技术，元器件允许承受的热电应力称为安全工作条件。则安全工作条件与最大工作条件之比就是降额因子，又称为降额系数，以此表征元器件的降额程度。第六章 电子元器件的可靠性技术1979年3月，航天DF-5-20批计算机在地面等效器件试验过程中，因电源中的固

44、体钽电容直流工作电压降额系数高达0.825（固体钽电容直流工作电压降额推荐 I级：S=0.5，II级：S=0.6，III级：S=0.7），降额未达标而发生了事故。因此需要充分重视元器件的降额设计。第六章 电子元器件的可靠性技术6.2.2 降额设计的基本原则降额设计的基本原则降额设计是保证产品可靠性的重要手段，也是元器件可靠性设计的重要内容，因此要求对系统所用元器件正确合理地做好降额设计，进行降额设计应遵循以下基本原则：（1）元器件的降额量值允许做适当调整，但对关键元器件应保证规定的降额量值。在多参数的降额时，尽可能设计关键参数的降额，个别影响不大的参数可做适当的改变。第六章 电子元器件的可靠性

45、技术（2）各类电子元器件都有最佳的降额范围，在此范围内工作应力的变化对其失效率有明显的影响，在设计上也较容易实现，且不会在设备体积、重量方面付出过大代价。（3）降额到一定程度后可靠性的提升是很微小的，因此不能过度降额，过度降额会使效益下降，增加设备的重量、体积和成本等，有时还会使某些元器件工作不正常，大大降低参数稳定性。（4）不应采用过度的降额补偿方法解决低质量元器件的使用问题，同样也不能由于采用了高质量等级的元器件而不进行降额设计。第六章 电子元器件的可靠性技术（5）对于系统和整机设计，目前积累了各种元器件降额设计的一套准则。例如，我国已制定GJB/Z35-1993元器件降额准则，国家军用标

46、准，国产元器件的降额设计应按此参考、执行。国外元器件降额可按美国国防部可靠性分析中心元器件选择、应用和控制和美国波音宇航公司可靠性元器件降额准则的降额设计要求进行。（6）不应将相关标准所推荐的降额量值绝对化，降额设计是多方面因素综合考量的结果。第六章 电子元器件的可靠性技术6.2.3 降额设计的内容降额设计的内容.降额准则降额设计是可靠性设计中的一项重要内容，降额准则更是降额设计的依据与标准。在电子设备的可靠性设计准则中，通常都对元器件的降额使用提出了明确的要求。我国现行的元器件降额标准GJB/Z35-1993元器件降额准则是国内电子设备可靠性设计的重要标准，也是电子设备可靠性设计方案评审的主

47、要依据，在工作实践中得到了广泛的应用。第六章 电子元器件的可靠性技术相应的，由于国内外元器件质量等方面的要求不同，在各个国家和大型企业也有自己的一套降额设计准则，如欧洲空间标准化合作组织（ECSS:European Cooperation for Space Standardization）发布的ECSS-Q-30-11C电子元器件筛选和降额准则，以及美军标MIL-STD-975M（NASA）军用电气、电子、机电元件清单附录A标准元器件降额准则、NASA标准EEE-INST-002电气、电子和机电元器件选择、筛选、鉴定和降额指南等等。第六章 电子元器件的可靠性技术2.降额等级降额等级对许多元器

48、件类型来讲最低降额点和过降额点之间有一个可接受的降额等级范围，所谓最佳降额点是指应力增加一点就将引起故障率迅速增长的应力点。通常元器件有一个最佳降额范围。在此范围内，元器件工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，设备的设计易于实现，且不必在设备的质量、体积和成本等方面付出大的代价。应按设备可靠性要求、设计的成熟性、维修费用和难易程度、安全性要求以及对设备重量和尺寸的限制因素，综合权衡确定其降额等级。第六章 电子元器件的可靠性技术在最佳范围内推荐采用三种降额等级：I级降额，也称最大降额；II级降额，也称中等降额；III级降额，也称最小降额。（1）I级降额。I级降额是最大的降额，适用于设备故障

49、将会危及安全、导致任务失败和造成严重经济损失情况时的降额设计。它是保证设备可靠性所必须的最大降额，对元器件使用可靠性的改善最大，超过I级降额的降额设计往往对元器件可靠性的提高有限，并且可能使设备设计变得困难，起到适得其反的作用。第六章 电子元器件的可靠性技术（2）II级降额。II级降额是中等降额，适用于设备故障将会使工作任务降级和发生不合理的维修费用情况的降额设计。这级降额对元器件使用可靠性有明显改善，II级降额在设计上较I级降额易于实现。（3）III级降额。III级降额是最小的降额，适用于设备故障只对任务完成有较小的影响以及能快速、经济地修复设备的情况。这级降额在设计上最易实现，对元器件使用

50、可靠性的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果不如I级和II级降额。第六章 电子元器件的可靠性技术通常，用于很重要或很复杂的系统和设备中的元器件才采用I级降额或II级降额。各类电子元器件的详细降额准则及应用指南可参见GJB/Z35元器件降额准则或根据任务总体要求确定。表6-2为我国国家军用标准GJB/Z35中对不同类型装备推荐应用的部分降额等级。第六章 电子元器件的可靠性技术第六章 电子元器件的可靠性技术3.降额参数降额参数降额参数指的是能够影响元器件失效率的有关性能参数和环境应力参数。降额参数确定的依据是元器件的失效模型。在GJB/Z299C电子设备可靠性预计手册中给出了各类国产元器件的失效模