[信息与通信]电子元器件可靠性系统工程.ppt
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1、前前 言言n n 根据近年来国内外电子整机失效统计,由于在元器件根据近年来国内外电子整机失效统计,由于在元器件根据近年来国内外电子整机失效统计,由于在元器件根据近年来国内外电子整机失效统计,由于在元器件使用方面造成的失效一直在使用方面造成的失效一直在使用方面造成的失效一直在使用方面造成的失效一直在50%50%50%50%上下浮动,而且多年来总上下浮动,而且多年来总上下浮动,而且多年来总上下浮动,而且多年来总是居高不下。针对这一人们普遍关注的严重事实,从对元是居高不下。针对这一人们普遍关注的严重事实,从对元是居高不下。针对这一人们普遍关注的严重事实,从对元是居高不下。针对这一人们普遍关注的严重事
2、实,从对元器件的选择、控制及使用多方面对元器件的使用可靠性进器件的选择、控制及使用多方面对元器件的使用可靠性进器件的选择、控制及使用多方面对元器件的使用可靠性进器件的选择、控制及使用多方面对元器件的使用可靠性进行探讨,希望能对提高电子整机的可靠性起到有益的作用行探讨,希望能对提高电子整机的可靠性起到有益的作用行探讨,希望能对提高电子整机的可靠性起到有益的作用行探讨,希望能对提高电子整机的可靠性起到有益的作用n n 整机的可靠性是由设计决定的整机的可靠性是由设计决定的整机的可靠性是由设计决定的整机的可靠性是由设计决定的,为了尽量减少由于在为了尽量减少由于在为了尽量减少由于在为了尽量减少由于在元器
3、件应用方面对可靠性的影响元器件应用方面对可靠性的影响元器件应用方面对可靠性的影响元器件应用方面对可靠性的影响,必须从整机研发阶段开必须从整机研发阶段开必须从整机研发阶段开必须从整机研发阶段开始始始始,对元器件的选择与应用进行控制对元器件的选择与应用进行控制对元器件的选择与应用进行控制对元器件的选择与应用进行控制,来保证整机可靠性。来保证整机可靠性。来保证整机可靠性。来保证整机可靠性。n n 电子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两电子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两电子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两电子元器件的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性两个方面。固有可靠性是可
4、靠性的基础,没有可靠的元器件,个方面。固有可靠性是可靠性的基础,没有可靠的元器件,个方面。固有可靠性是可靠性的基础,没有可靠的元器件,个方面。固有可靠性是可靠性的基础,没有可靠的元器件,即使最完善的设计也不可能使整机系统的可靠性达到设计即使最完善的设计也不可能使整机系统的可靠性达到设计即使最完善的设计也不可能使整机系统的可靠性达到设计即使最完善的设计也不可能使整机系统的可靠性达到设计要求。要求。要求。要求。n n 使用可靠性则指元器件用于整机系统时所具有的可靠使用可靠性则指元器件用于整机系统时所具有的可靠使用可靠性则指元器件用于整机系统时所具有的可靠使用可靠性则指元器件用于整机系统时所具有的可
5、靠性。他不仅与元器件的固有可靠性有关,而且与元器件的性。他不仅与元器件的固有可靠性有关,而且与元器件的性。他不仅与元器件的固有可靠性有关,而且与元器件的性。他不仅与元器件的固有可靠性有关,而且与元器件的选择、控制选择、控制选择、控制选择、控制与与与与使用有关使用有关使用有关使用有关.目录目录 一一 现代质量观念现代质量观念 二二 元器件的选择与控制元器件的选择与控制 三三 元器件筛选技术元器件筛选技术 四四 微电子器件微电子器件 五五 阻容元件阻容元件 六六 其它元件其它元件 一、一、现代质量观念现代质量观念 质量定义:质量定义:n n (1)按国标)按国标GB/T6583-92定义定义“反反
6、映产品或服务满足明确或隐含需要能力的映产品或服务满足明确或隐含需要能力的特征和特征总和特征和特征总和”。n n (2)按质量管理和质量保证国际标准汇)按质量管理和质量保证国际标准汇编的质量定义编的质量定义“反映实体满足和潜在需要反映实体满足和潜在需要能力特征之总和能力特征之总和”。n n (3)按)按ISO9000:2000版定义版定义“质质量是一组固有特征满足要求的程度量是一组固有特征满足要求的程度”。现代质量观念现代质量观念 现代质量观念认为现代质量观念认为:质量质量包含了产品的包含了产品的性性能特性能特性.专门特性专门特性.经济性经济性.时间性时间性.适应性适应性和和美学性等方面美学性等
7、方面。是产品满足使用要求的特性是产品满足使用要求的特性总和总和”。现代质量观念从以前主要现代质量观念从以前主要追追求性能特性求性能特性到重观视专门特性到重观视专门特性,在有限的资源的约束下实在有限的资源的约束下实现产品性能特性与专门特性的优化平衡现产品性能特性与专门特性的优化平衡,从从而达到核心效能和寿命周期用之阎间的权衡而达到核心效能和寿命周期用之阎间的权衡.质量持性包含了产品的性能特性质量持性包含了产品的性能特性质量持性包含了产品的性能特性质量持性包含了产品的性能特性.专门特性专门特性专门特性专门特性.经经经经济性济性济性济性.时间性时间性时间性时间性.适应性适应性适应性适应性等等等等。是
8、产。是产。是产。是产品品品品使用要求的特性总使用要求的特性总使用要求的特性总使用要求的特性总和和和和.整机产品质量定义为:整机产品质量定义为:产品满足(用户)使用要求的特性总和。产品满足(用户)使用要求的特性总和。产品满足(用户)使用要求的特性总和。产品满足(用户)使用要求的特性总和。质量持性质量持性质量持性质量持性=性能特性专门特性经济性时间性能特性专门特性经济性时间性能特性专门特性经济性时间性能特性专门特性经济性时间性适应性。性适应性。性适应性。性适应性。请注意:请注意:请注意:请注意:性能是产品质量的组成部分。它可用仪器设备测量其性能指标。性能是产品质量的组成部分。它可用仪器设备测量其性
9、能指标。性能是产品质量的组成部分。它可用仪器设备测量其性能指标。性能是产品质量的组成部分。它可用仪器设备测量其性能指标。专门特性不仅仅指可靠性,还包括专门特性不仅仅指可靠性,还包括专门特性不仅仅指可靠性,还包括专门特性不仅仅指可靠性,还包括MM、S S、T T等专业。等专业。等专业。等专业。经济性、时间性、适应性也是产品质量的组成部分经济性、时间性、适应性也是产品质量的组成部分经济性、时间性、适应性也是产品质量的组成部分经济性、时间性、适应性也是产品质量的组成部分。而且现代质量观认为:经济性不仅仅指采购费用,而是而且现代质量观认为:经济性不仅仅指采购费用,而是“寿命周寿命周期费用期费用;时间性
10、指按期交付时间性指按期交付;适应性是反映系统满足用户需求、符合市适应性是反映系统满足用户需求、符合市场需要的能力。场需要的能力。产品产品“专门特性专门特性”概念的引出。专门特性概念的引出。专门特性=R=RS+M+TS+M+T。这是现。这是现代系统工程的发展和用户在使用产品过程中实际需要而引出的。在专代系统工程的发展和用户在使用产品过程中实际需要而引出的。在专门特性中,最初用户只提对可靠性(门特性中,最初用户只提对可靠性(R R)的要求,就是现在,航天产)的要求,就是现在,航天产品一般也不提维修性、保障性要求。但随着现代工程系统的复杂化,品一般也不提维修性、保障性要求。但随着现代工程系统的复杂化
11、,系统的专门特性显得越来越重要。例如工程系统的日益庞大和复杂、系统的专门特性显得越来越重要。例如工程系统的日益庞大和复杂、再加上应用环境的复杂和恶劣、持续无故障任务时间的加长、使用者再加上应用环境的复杂和恶劣、持续无故障任务时间的加长、使用者生命安全受到强烈关注、市场竞争的激烈,一系列因素,促使用户认生命安全受到强烈关注、市场竞争的激烈,一系列因素,促使用户认识到不仅要求产品可靠,而且要求出了故障好修,使用维护费用低、识到不仅要求产品可靠,而且要求出了故障好修,使用维护费用低、寿命长;作为研制方,也总希望投资小、周期短、研发一次成功。而寿命长;作为研制方,也总希望投资小、周期短、研发一次成功。
12、而这些都与系统的专门这些都与系统的专门 特性相关。特性相关。质量与可信性质量与可信性 质量通常要转化成有规定指标的特性,质量通常要转化成有规定指标的特性,一般包括:一般包括:功能:指各项技术指标功能:指各项技术指标 可信性:是一个集合性术语,表示可用性及其可信性:是一个集合性术语,表示可用性及其影响,仅用于非定量的一般描述,其指导思想是影响,仅用于非定量的一般描述,其指导思想是以预防为主,及早发现缺陷并采取纠正措施。可以预防为主,及早发现缺陷并采取纠正措施。可用性是在外外部资源得到保证的情况下,处于执用性是在外外部资源得到保证的情况下,处于执行功能的能力,它是产品可靠性、维修性、测试行功能的能
13、力,它是产品可靠性、维修性、测试性、维修保障性(简称四性)的综合反映。性、维修保障性(简称四性)的综合反映。还应包括产品的安全性、经济性、美学性等。还应包括产品的安全性、经济性、美学性等。开展可靠性工作的意义开展可靠性工作的意义n n可靠性定义:n n按按GB3187-82GB3187-82可靠性基本名词术语可靠性基本名词术语定义定义可靠性可靠性:在规定的条件和规定的时间内,完成规定功能的能力.可靠性与条件、时间、功能、能力四个要素有关可靠性与条件、时间、功能、能力四个要素有关 可靠性是一门系统科学可靠性是一门系统科学,综合科学和边沿科学综合科学和边沿科学.可靠性作为一门独立学科己为世人所属目
14、可靠性作为一门独立学科己为世人所属目.可靠性可靠性是产品的重要质量指标,可靠性工程与管理是研是产品的重要质量指标,可靠性工程与管理是研究产品可靠性的综合学科,各企业的领导,管理究产品可靠性的综合学科,各企业的领导,管理人员及全体工程技术人员迫切需要掌握的一门新人员及全体工程技术人员迫切需要掌握的一门新学科。产品可靠性指标预计是可靠性工程重要工学科。产品可靠性指标预计是可靠性工程重要工作项目之一作项目之一,是可靠性设计是可靠性设计可靠性分析可靠性分析可靠性可靠性实验等工作的基础实验等工作的基础.因此因此,国内外都投入大量人力国内外都投入大量人力资金进行这项工作资金进行这项工作.可靠性指标预计方法
15、经过三可靠性指标预计方法经过三十多年的应用和发展十多年的应用和发展,已不仅仅被军品企业所采用已不仅仅被军品企业所采用.由于科技进步的速度越来越快由于科技进步的速度越来越快,尤其是电子元器件尤其是电子元器件水平与种类的迅速发展水平与种类的迅速发展,传统的可靠性预计方法也传统的可靠性预计方法也不断遇到挑战不断遇到挑战.美国美国MIL-KDBK-217MIL-KDBK-217已经过已经过7 7次更新到目前的次更新到目前的F F版本版本,我国的我国的GJB299GJB299经过经过3 3次更新到目前的次更新到目前的GJB/Z299B.GJB/Z299B.当代可靠性理念 九十年代可靠性步入理念更新九十年
16、代可靠性步入理念更新时时期期,改变了一些传改变了一些传统的可靠性工作方法统的可靠性工作方法,一些经典理论也在被修政改一些经典理论也在被修政改.可可靠性新思路对我们有很大启示靠性新思路对我们有很大启示,当代可靠性关注的主要当代可靠性关注的主要要点有以下五个方面要点有以下五个方面:一一.以无维修使用期取代原先的以无维修使用期取代原先的MTBF,MTBF,改变随机失改变随机失 效是无法避免的旧观念效是无法避免的旧观念.二二.对可靠性定义的再认识对可靠性定义的再认识,从故障定时从故障定时,到故障定到故障定数数,就是系统有几个功能故障就是系统有几个功能故障.三三.从故障修理转移到计划预防维修从故障修理转
17、移到计划预防维修.四四.向在产品寿命周期内不出现致命故障方向迈进向在产品寿命周期内不出现致命故障方向迈进.五五.可靠性与经济承受性可靠性与经济承受性一一一一可靠性管理与一般质量管理的关系n n 可靠性是产品的重要质量指标,可靠性工程与可靠性是产品的重要质量指标,可靠性工程与管理是研究产品可靠性的综合学科,各企业的领管理是研究产品可靠性的综合学科,各企业的领导,管理人员及全体工程技术人员迫切需要掌握导,管理人员及全体工程技术人员迫切需要掌握的一门新学科。的一门新学科。n n 可靠性管理可靠性管理包括包括:组织机构建立组织机构建立.保证大纲保证大纲制订与实施制订与实施.方针政策方针政策.目标与规划
18、目标与规划.监督与控制监督与控制.标准与法规标准与法规.培训与情报培训与情报.信息收集与交换信息收集与交换.用户用户服务等服务等.n n 可靠性系统工程是可靠性工程(可靠性系统工程是可靠性工程(R R)、维修)、维修工程(工程(MM)和保障工程()和保障工程(S S)在上世期)在上世期6060年代发年代发展的基础上,到展的基础上,到9090年代趋向综合化,主要表现在年代趋向综合化,主要表现在指标的综合和工程的综合上,从而形成一门新学指标的综合和工程的综合上,从而形成一门新学科科可靠性系统工程,即研究产品全寿命、周期可靠性系统工程,即研究产品全寿命、周期过程同故障作斗争的工程技术。过程同故障作斗
19、争的工程技术。可靠性管理新模式 一.推行综合产品和过程研制管理(IPPD)(IPPD)(IPPD)是一种从产品方案论证与确定系统设是一种从产品方案论证与确定系统设计计.生产生产.直至使用和保障的各种活动同时综合起直至使用和保障的各种活动同时综合起来的一种科学管理过程来的一种科学管理过程.二.推行并行工程 在产品设计和研制期间在产品设计和研制期间,同时考虑用于管理同时考虑用于管理.研研制制.制造制造.验证验证.试验试验.安装安装.使用使用.维修维修.保障等过程保障等过程技术及可能发生情况对策技术及可能发生情况对策 三.实施网化管理二二.电子元器件的选择、控制电子元器件的选择、控制 电子元器件的选
20、择和控制是保障元器件合理应用的重电子元器件的选择和控制是保障元器件合理应用的重要环节要环节,由于电子元器件的选择和控制是一个多学科的任由于电子元器件的选择和控制是一个多学科的任务务,要求电路设计师独立完成是不现实的要求电路设计师独立完成是不现实的.通常应有可靠性通常应有可靠性工程师工程师.元器件工程师及物资采购人员配合共同完成元器件工程师及物资采购人员配合共同完成 (1)元器件的质量等级)元器件的质量等级(2)元器件的可靠性等级)元器件的可靠性等级(3)“七专七专”元器件元器件(4)元器件的选择原则)元器件的选择原则(5)元器件的验收规则)元器件的验收规则(6)元器件的存储期与超期复验)元器件
21、的存储期与超期复验(7)元器件可靠性保证大纲)元器件可靠性保证大纲(8)研制整机元器件的控制)研制整机元器件的控制1 1、元器件的质量等级、元器件的质量等级 所谓所谓所谓所谓“质量等级质量等级质量等级质量等级”是指元器件在制造、试验、筛选过程是指元器件在制造、试验、筛选过程是指元器件在制造、试验、筛选过程是指元器件在制造、试验、筛选过程中的其质量控制等级,质量等级的中的其质量控制等级,质量等级的中的其质量控制等级,质量等级的中的其质量控制等级,质量等级的主要依据是采用的标准主要依据是采用的标准主要依据是采用的标准主要依据是采用的标准.质量系数丌质量系数丌Q Q则反映不同质量等级的元件器其失效率
22、的差则反映不同质量等级的元件器其失效率的差异程度异程度.国产国产元器元器件的质量系数丌件的质量系数丌Q Q应桉应桉GJB/Z299B;GJB/Z299B;美国美国元元器件器件桉桉MILMIL一一KDBKKDBK一一217F(217F(电子设备可靠性予计手册电子设备可靠性予计手册)计算计算.n n n n在整机系统的可靠性予计中,元在整机系统的可靠性予计中,元在整机系统的可靠性予计中,元在整机系统的可靠性予计中,元器件的使用失效率可以简单器件的使用失效率可以简单器件的使用失效率可以简单器件的使用失效率可以简单地用下式表示:地用下式表示:地用下式表示:地用下式表示:n n n n 入入p p=入入
23、b b(丌丌E.E.丌丌Q.Q.k)n n 入入入入p p p p:使用失效率使用失效率使用失效率使用失效率 n n 入入入入b b b b:基本失效率:基本失效率:基本失效率:基本失效率:n n 式中式中式中式中 :丌:丌:丌:丌E E:环境系数环境系数环境系数环境系数n n 丌丌丌丌Q Q Q Q:质量系数质量系数质量系数质量系数n n k k k k:其他影响因素(应用系数、种类系数等综合因其他影响因素(应用系数、种类系数等综合因其他影响因素(应用系数、种类系数等综合因其他影响因素(应用系数、种类系数等综合因素素素素)集成电路工作失效率集成电路工作失效率Q:质量系数质量系数 T:温度应力
24、系数温度应力系数V:电压应力系数电压应力系数 E:环境系数环境系数L:成熟系数成熟系数 C1.C2:电路复杂度失效率电路复杂度失效率C3:封装复杂度失效率封装复杂度失效率 以上失效率模型包括了单片双极与以上失效率模型包括了单片双极与MOSMOS数字数字.模拟电路模拟电路.存储器存储器 可编程只读存储器可编程只读存储器PROMPROM失效率模型为:失效率模型为:p pQ QCC1 1.T T.V V.PTPT+(C+(C2 2+C+C3 3)E E L L式中式中:PT为为PROM只读存贮器的工艺系数只读存贮器的工艺系数p pQ QCC1 1.T T.V V.+(C+(C2 2+C+C3 3)E
25、 E L L 国产半导体分立器件质量等级国产半导体分立器件质量等级质质质质 量量量量等等等等 级级级级质量要求质量要求质量要求质量要求补充说明补充说明补充说明补充说明质量系数丌质量系数丌质量系数丌质量系数丌Q Q Q Q双极晶体管双极晶体管双极晶体管双极晶体管二极管二极管二极管二极管场效应管场效应管场效应管场效应管A A A AA1A1A1A1执行执行执行执行GJB33-85GJB33-85GJB33-85GJB33-85,且经军用电子且经军用电子且经军用电子且经军用电子元器件质量认证合格的元器件质量认证合格的元器件质量认证合格的元器件质量认证合格的GCTGCTGCTGCT级(超特军级)产品级
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