可靠性应力分析法预计指南.doc

Q / ZX深圳市中兴通讯股份有限公司企业标准(可靠性技术标准) Q/ZX 23.012 - 1999 可靠性应力分析法预计指南 1999-11-04 发布 1999-12-01 实施深圳市中兴通讯股份有限公司 发 布Q/ZX 23.012 1999目 次1 范围12 引用标准13 定义和符号14 应用元器件应力分析法的程序15 应用元器件应力分析法的方法16 工作失效率预计模型27 应用元器件分析法应考虑的因素28 元器件应力分析法预计软件介绍3附录A（提示的附录）各种元器件应力分析法所需要的信息10前 言本标准主要是围绕着应用电子设备可靠性预计与分配软件进行预计来编写的，但也适用于用查表法进行预计。当设计基本完成，并具备有元器件应力在内的详细清单时，可采用本方法。在设计后期，可靠性预计可为设计改进和确定可靠性增长方案提供依据。本标准的附录A是提示的附录。本标准由深圳市中兴通讯股份有限公司质量企划中心可靠性部提出,技术中心技术管理部归口管理。本标准起草部门：质量企划中心可靠性部。本标准起草人:梁建军。本标准于1999年11月首次发布。Q/ZX 23.012 - 1999 Q/ZX 23.012 - 1999 深圳市中兴通讯股份有限公司企业标准 （可靠性技术标准）可靠性应力分析法预计指南 Q/ZX 23.012 19991 范围本标准规定了电子产品（包括电路板、整机）的可靠性应力分析预计法应用方法。本标准适用于对单元、组件及分系统的基本可靠性预计，若要对系统、分系统的任务可靠性预计时，可通过预计得出的单元、组件的基本可靠性指标根据预计对象的任务可靠性模型进行预计。2 引用标准GJB/Z 299B1998 电子设备可靠性预计手册GJB 19091994 装备可靠性、维修性参数与指标确定要求MILHDBK217F1991 美国军用电子设备可靠性预计手册3 定义和符号 本标准采用下列定义和符号。3.1 基本失效率 b 电子元器件在电应力和温度应力作用下的失效率，是电子元器件未计其质量控制等级、环境应力、应用状态、功能额定值和种类、结构等影响因素，只考虑温度和电应力比（工作电应力/额定电应力）影响时的失效率。3.2 工作失效率 p 电子元器件在应用环境下的失效率。除个别元器件外，工作失效率包含基本失效率和温度、电应力及元器件质量控制等级、环境应力、应用状态、功能额定值和种类、结构等失效率影响因素。4 应用元器件应力分析法的程序a） 建立电子设备的可靠性结构模型及确定工作环境；b） 确定电子设备的元器件清单；c） 确定各元器件的参数额定值和质量等级；d） 确定各元器件在设备中的工作方式和应力状态；e） 确定预计所依据的标准。一般来说，国产元器件采用国军标GJB/Z 299B；进口元器件采用美军标MILHDBK217F；f） 根据所选用元器件的类别、工作环境、工作方式及质量等级，从预计手册中查出基本失效率b和各修正系数；g） 根据各类元器件的失效率模型，计算出各元器件的工作失效率p；h） 也可将f）、g）合并为用预计软件进行预计；i） 根据电子设备可靠性结构模型和数学模型，预计出设备的总失效率s或MTBF。5 应用元器件应力分析预计法的方法一般采用两种方法进行预计：a） 查表法根据元器件的工作失效率模型，在GJB/Z 299B或MIL-HDBK-217F上查得相应的基本失效率和各个修正系数，按照工作失效率计算公式进行计算。 b） 应用软件预计法 利用电子设备可靠性预计与分配软件（EERP0797）进行预计。6 工作失效率模型元器件失效率模型是元器件失效率与影响失效率因素之间的关系模型。工作效率模型除反映热、电等基本因素外，还包含其他多种的失效率影响因素，如质量因子、环境因子、设计因子、工艺因子、结构因子以及应用因子等。 在引用电子元器件工作失效率模型时，应考虑到GJB/Z 299B和MIL-HDBK-217F之间的差别，对于某些元器件的工作失效率模型的描述二者是不同的。7 应用元器件应力分析法应考虑的因素7.1 质量系数Q（质量等级） 元器件不同的质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。 本公司选取的电子元器件的质量等级一般为民用品等级（国标B2及以下等级；美军标D或D1级）。特殊情况下可选用更高一级质量等级的元器件。7.2 环境系数E 不同环境类别的环境应力（除温度应力外）对元器件失效率影响的调整系数。本公司的产品环境如表1所示。表1产品环境GJB/Z 299B代号MIL-HDBK-217F代号一般情况地面固定GF1GF特殊情况平稳地面移动（如车载）GM1GM背负（人携带）MPGM7.3 成熟系数L L反映了生产批电路的成熟程度。一般认为，符合产品标准，正式、稳定地投产2年或2年以上的产品为成熟产品。7.4 温度系数T 元器件在不同工作温度下的修正系数。元器件的工作温度通常用结温TJ、壳温TC、和环境温度TA表示。微电路TJ的确定详见MILHDBK217F中的5.11“微电路TJ的确定”或GJB/Z 299B中表5.1.1.1-5d “半导体集成电路结温的近似值”。 半导体集成电路结温的近似值如表2所示（摘自GJB/Z 299B）。7.5 产品类型 包括工艺（如：双极/MOS）、类型（如：数字/模拟/存储器）、结构等。7.6 芯片复杂度失效率（MILHDBK217F表示为C1；GJB/Z 299B表示为C1、C2） 集成电路复杂度失效率的表示方法： a）数字电路以等效门数来表示； b）模拟电路以晶体管数来表示； c）存储器和微处理器以位数来表示； d）门数大于60，000的CMOS电路以芯片面积和图形特征尺寸来表示。表2电路类型复杂度结温（TJ）的近似值（）金属园外壳封装的模拟电路TJTC25PCM10W并带散热装置的金属菱形外壳模拟电路TJTC30其他封装形式的双极及MOS数字电路、PAL和PLA电路、模拟电路和存储器低功耗门数100，晶体管数100TJTC3100门数1000，100晶体管数数400TJTC61000门数2000，4002000，晶体管数700TJTC12其他门数100，晶体管数100，位数1024TJTC10100门数1000，100晶体管数数400，1024位数16384TJTC151000门数2000，400晶体管数数700，163842000，晶体管数700，3276865536TJTC307.7 封装复杂度失效率（MILHDBK217F表示为C2；GJB/Z 299B表示为C3） 封装复杂度失效率体现了不同封装形式、不同功能管腿数对环境应力承受能力的差别。7.8 其他工作应力因素 工作电压、额定电压、工作功率、额定功率、工作环境温度、额定温度、EEPROM的读/写循环周期、静电损伤阈值电压等。7.9 各种元器件应力分析法所需要的信息 各种元器件应力分析法所需要的信息如附录A（提示的附录）所示。8 元器件应力分析法预计软件介绍 应用电子元器件可靠性预计软件可以方便快捷地进行电子设备的可靠性预计。下面结合实例介绍了应用电子设备可靠性预计与分配软件（此软件界面如图1所示）进行电子设备的应力分析预计。图1例：某电子设备的元器件使用清单如表3、表4所示，计算其工作失效率。依据标准：MILHDBK217F 元器件清单：(适用环境：地面固定) 1) 微电路表3 微电路使用清单序号型号器件类型制造工艺质量等级电路复杂度封装复杂度成熟度TJTCPROM读写次数ESDS工作电压174LS00数字双极民用4门DIP14,塑封3年以上50442C4046数字CMOS民用250门DIP24,塑封3年以上5044 2) 电子元件表4 电子元件使用清单序号型号器件类型质量等级参数范围工作/额定功率工作/额定电压工作/额定电流工作/额定温度串联电阻1固定薄膜功率电阻低档1K0.5 /1W60 / 852铝电解电容低档47F60 / 9040 / 85解：【步骤1】进入软件功能显示状态，击点单元失效率预计，选择应力分析法，出现图2界面。图2【步骤2】输入单元代码（本例为M11111，6位数字）、单元名称（可不输入）、预计者姓名（可不输入），选择预计依据（本例选择MILHDBK217F）和环境类别（本例选择地面固定），选择元器件的大类别（非工作预计一栏可空缺），出现图3界面。图3【步骤3】选择元器件小类别，出现出现图4界面。图4【步骤4】输入元器件型号、序列编号、数量、质量等级、以及T、C1、C2。如图5、图6、图7所示。图5图6图7【步骤5】击点小方框内的计算键来计算74LS00的工作失效率，如图8所示。图8【步骤6】击点小方框内的新增键来增加一个新的元器件进行预计，如图9所示。图9【步骤7】重复以上步骤，即可得到单元M11111的失效率预计值。单元失效率为1.997106/h.。如图10所示。图10【注意事项】 在利用预计软件进行预计的过程中，可能会遇到该数据库中没有的元器件。此时可利用查表法将该元器件的失效率计算出来，与计算出的单元失效率相加，即为新的单元失效率。同时，可利用该软件的自定义元器件录入该单个元器件失效率加以保存，以备以后使用。如图11所示。图11附录A（提示的附录）各种元器件应力分析法所需要的信息 A1 单片微电路（217F、299B） 单片微电路（217F、299B）应力分析法所需要的信息如表A1所示。表A1序号型号器件类型制造工艺质量等级电路复杂度封装复杂度成熟度TJTCPROM读写次数ESDS工作电压 注 1 器件类型包括数字、模拟、PROM、EPROM、E2PROM、DRAM等。 2 电路复杂度包括电路规模（等效门或晶体管数）、存储器的位数、芯片面积等。 3 封装复杂度包括封装形式、封装材料、引脚数、密封性。 4 制造工艺指双极工艺或MOS工艺（CMOS、NMOS、PMOS）。A2 混合微电路（299B） 混合微电路（299B）应力分析法所需要的信息如表A2所示。表A2序号型号质量等级制造工艺功能类型温度应力系数衬底因素外贴元器件因素成熟度注1 功能类型指数字式、线性式、数字线性式。 2制造工艺分厚膜、薄膜、厚膜薄膜混合三种。 3温度应力系数可选择电路封装底座温度和电路封装内最高温度。 4衬底因素包括衬底面积、制造工艺、薄膜电阻（厚膜电阻）、膜电阻数。 5外贴元器件因素指外贴元器件的种类。如二极管的类型及数量、电阻器的类型及数量等。A3 半导体分立器件（二极管、晶体管）（217F、299B） 半导体分立器件（二极管、晶体管）（217F、299B）应力分析法所需要的信息如表A3所示。表A3序号型号器件类型质量等级工作/额定电压工作/额定电流工作/额定功率工作/额定 温度（壳温、结温、环境温度） 注：器件类型指功率晶体管、开关二极管、整流二极管等。A4 光电子器件A4.1 各种光电子器件（299B） 各种光电子器件（299B）应力分析法所需要的信息如表A4所示。表A4序号型号器件类型质量等级环境温度 注：器件类型指发光器件、光敏器件等。A4.2 探测器、隔离器、发射管（217F） 探测器、隔离器、发射管（217F）应力分析法所需要的信息如表A5所示。表A5序号型号器件类别质量等级器件结温 注：器件类别包括光电晶体管、光电二极管、光电二极管输出、光电晶体管输出、光电达林顿对输出、光敏电阻器等。A4.3 字符显示器（217F） 字符显示器（217F）应力分析法所需要的信息如表A6所示。表A6序号型号质量等级器件结温显示类别字符数结构注1 显示类别指分段显示和二极管阵列显示。 2 结构分为带逻辑芯片和不带逻辑芯片两种。A4.4 激光二极管（217F） 激光二极管（217F）应力分析法所需要的信息如表A7所示。表A7序号型号质量等级器件结温应用状态占空比种类正向峰值电流额定光功率输出要求的光功率输出 注：种类包括GaAs、Al GaAs、In GaAs、In GaAsP。A5 电阻器、电容器、电感器（217F、299B） 电阻器、电容器、电感器（217F、299B）应力分析法所需要的信息如表A8所示。表A8序号型号器件类型质量等级工作/额定电压工作/额定电流工作/额定功率工作/额定温度参数范围串联电阻 注：器件类型指电阻器、电容器、电感装置的种类。如：金属膜电阻器、铝电解电容器、变压器等。A6 继电器A6.1 固体继电器(299B) 固体继电器(299B) 应力分析法所需要的信息如表A9所示。表A9序号型号质量等级成熟度封装结构输出电流值瞬间输出最大电流值允许最大电流值输出电流路数瞬间电压系数注1 封装结构包括气密性密封、密封、塑料和环氧树脂封装。 2 瞬间电压系数（VT/VTM）：VT为实际加至继电器输出端的瞬态电压峰值，VTM为产品说明书规定的瞬态电压最大值。A6.2 机电继电器（299B、217F） 机电继电器（299B、217F）应力分析法所需要的信息如表A10所示。表A10序号型号质量等级成熟度触点形式负载形式工作/额定电流值触点负载额定值应用类别与结构环境/额定温度动作速率注1 触点形式指单刀单掷、单刀双掷等。 2 负载形式指阻性负载、感性负载、灯负载等。 3 应用类别包括干电路、通用、灵敏、极化、延时、高速、温度、高压、大功率等。结构包括衔铁式、干簧、磁保持、平衡衔铁、真空等。 4 触点负载额定值指触点负载电流额定值。A6.3 固态与延时继电器（217F） 固态与延时继电器（217F）应力分析法所需要的信息如表A11所示。表A11序号型号质量等级类型 注：类型指固态类型、固态延时类型、混合类型。A7 连接器A7.1 射频同轴连接器、圆形连接器、矩形连接器、印制电路板连接器（299B） 射频同轴连接器、圆形连接器、矩形连接器、印制电路板连接器（299B）应力分析法所需要的信息如表A12所示。表A12序号型号质量等级绝缘安装板材料实际使用的接触件数工作温度插孔结构插拔频度注1 绝缘安装板材料分为类材料：聚酰亚胺、聚四氟乙烯、硅橡胶等和类材料：增强尼龙、增强聚酰胺、聚碳酸脂等。 2 插孔结构分为簧片、针孔和线簧结构。A7.2 通用连接器、印制电路板连接器、集成电路插座连接器（217F） 通用连接器、印制电路板连接器、集成电路插座连接器（217F）应力分析法所需要的信息如表A13所示。表A13序号型号质量等级插拔频度有效接点数接点号环境温度接点电流工作方式嵌入材料类型注1 工作方式指单个工作或配对工作。 2 嵌入材料类型分A：透明玻璃、氧化铝陶瓷、聚酰亚胺；A：乙二烯酞盐酸、硅橡胶、聚砜、环氧树脂、三聚氢胺氟硅；C：聚四氟乙烯、聚三氟氯化乙烯聚合体；D：聚酰胺、聚氯乙烯、聚乙烯。A8 滤波器（299B）A8.1 电子滤波器（299B） 电子滤波器（299B）应力分析法所需要的信息如表A14所示。表A14序号型号质量等级 选择类型 注：选择类型包括分立电感、电容和分立电感、电容、晶体两类。A8.2 压电陶瓷、石英晶体和机械滤波器（299B） 压电陶瓷、石英晶体和机械滤波器（299B）应力分析法所需要的信息如表A15所示。表A15序号型号质量等级选择类型输入频率 注：选择类型包括压电陶瓷、石英晶体和机械滤波器三类。A8.3 电子滤波器（2