可靠性分析报告

1、可靠性工程结课论文题 目：混频器组件可靠性分析学院：机电学院专 业：机械电子工程学号：201100384216学生姓名：郭守鑫指导教师：尚会超2014年6月2目录摘要.3关键词.31.元器件清单 .32.可靠性预测 .43.可靠性分析 .63.1可靠性数据分析 .73.2故障模式影响 .73.3危害性分析 .84.结论和建议.10参考文献.103混频器组件可靠性分析郛守鑫（中原工学院机电学院河南郑州451191 ）【摘 要】变频，是将信号频率由一个量值变换为另一个量值的过程。具有这种 功能的电路称为变频器（或混频器）。输出信号频率等丁两输入信号频率之和、 差或为两者其他组合的电路。混频器通常由

2、非线性元件和选频回路构成。【关键词】混频器，变频，组件Abstract】frequency conversion, is to signal frequency by a value transform into another process ofthe value. Which has the function of the circuit is called inverter (or mixers). The output signal frequencyis equal to the sum of two input signal frequency, orfor both other

3、 combination of the circuit. Mixer is usually composed of nonlinear components andfrequency selective circuit.【keywords】mixer, frequency conversion, components41.元器件清单本组件选用元器件如下:)丁与名称型号数量1场效应管AFM06P3-21212场效应管FHX14LP13介质谐振器A614变容管WB2005H15单片混频器HMC171C816隔离器TGX-U427集成稳压块CW78L0518片状电阻RI-1/10W-79片状电容CC

4、41-0805-810金届膜电阻RJ-1/2W-10111钥电容CA42-25V-47412射频同轴连接器SMA-KFD22可靠性预计VCO混频组件由混频器、VC个功能模块组成。元器中包括8类11种30个。其中任一元器件失效，都将造成整个组件失效，即组件正常工作的条件是各 元器件的正常工作。因此，本组件的可靠性模型是一个申联模型。本组件是可修复产品，寿命服从指数分布，根据可靠性理论，其平均故障 间隔时间与失效率成反比，即MTBFs = 1/ Z知(1)由丁本组件已完成初样的研制，现已转入正样设计阶段，所用元器件的种类、 型号规格、质量水平、工作应力及环境条件都已基本确定，其失效率因子等有关 可

5、靠性参数可以从GJB/Z299B-98电子设备可靠性预计手册查到，因此采用 应力分析法来预计本组件的可靠性指标。已知本组件工作丁飞机座舱内，环境代号AF,工作温度-45C+60C。现对其可靠性指标计算如下：2.1场效应管的工作失效率 入PI本组件所用场效应管届低噪声类型，其工作失效率模型为入P1=入b兀E兀Q兀A兀T兀M(2)查得基本失效率 入b=0.408 X 10-6/h环境系数兀E=15质量系数兀Q=0.05应用系数兀A=3温度系数兀T=3.73匹配网络系数兀M=1本组件使用场效应管2只，故其工作失效率为入P1= 0.408 X 10-6X 15X 0.05 X 3X 3.73 X 1

6、X 2=6.84828 X 10-6/h2.2单片混频器的工作失效率入P2单片混频器是矩形8引出端密封扁平封装的半导体集成电路，其工作失效 率模型为入P2=兀QCI兀T兀V+ ( C2+ G)兀E兀L(3)查得环境系数兀E=17质量系数兀Q=0.5成熟系数兀L=1.0温度应力系数兀T=0.8电压应力系数兀V=1.0电路复杂度失效率C=0.3465X 10-6/h C2=0.020 X 10-6/h封装复杂度失效率C3=0.022 X 10-6/h本组件使用1只单片混频器，故其工作失效率为入P2=0.50 X 0.346 X 10-6X 0.8 X 1+ (0.020+0.022 ) X 10-

7、6X 17X 1 X 1=0.4954 X 10-6/h2.3变容管的工作失效率入P3本组件所用的检波管为微波砰化镣二极管型,其工作失效率模型为入P3=入b兀E兀Q兀K查得环境系数兀E=13质量系数兀Q=0.5质量系数兀K=0.5基本失效率入b=0.534 X 10-6/h本组件使用变容管1只，故其工作失效率为入P3=0.534 X 10-6X 13X 0.5 X 0.5=1.7355 X 10-6/h2.4二端稳压器的工作失效率入P4三端稳压器是园形3引出端密封金届壳封装的半导体集成电路，其工作失 效率模型为入P4=兀QCI兀T兀V+ ( C2+ G)兀E兀L(4)查得环境系数兀E=17质量

8、系数兀Q=0.5成熟系数兀L=1.0温度应力系数兀T=1.51电压应力系数兀V=1.0电路复杂度失效率G=0.263 X 10-6/h C2=0.010 X 10-6/h封装复杂度失效率G=0.004 X 10-6/h本组件使用三端稳压器1只，故其工作失效率为入P4=0.500.263 X 10-6X 1.51 X 1+ (0.010+0.004 ) X 10-6X 10X 1 X 1=0.268565 X 10-6/h2.5隔离器工作失效率入P5隔离器为磁性器件，其工作失效率模型为 入P5=入b兀E(6)查得基本失效率入b=0.08 X 10-6/h环境系数兀E=6.0本组件使用2只隔离器，

9、故其工作失效率为入P5= 0.08 X 10-6X 6.0 X 2=0.96 X 10-6/h2.6金届膜电阻器和片状电阻器的工作失效率入P6本组件选用的固定电阻器，其工作失效率模型为入P6=入b兀E兀Q兀R(7)查得环境系数得 兀E=5.0质量系数得兀Q=0.3阻值系数得兀R=1.0基本失效率入b=0.01X10-6/h本组件使用固定电阻器8只，故其工作失效率为入P6=0.01 X 10-6X 5.0 X 0.3 X 1.0 X 8=0.12 X 10-6/h2.7钥电容器的工作失效率入P7本组件选用固体钥电解电容器，其工作失效率模型为入P7=入b兀E兀Q兀CV兀SR(9)查得环境系数兀E=

10、8.3质量系数兀Q=0.3电容系数兀CV=1.3申联电阻系数兀SR=1基本失效率入b=0.0458X10-6/h本组件使用 fi 电容器4只，故其工作失效率为入P7=0.0458 X 10-6X 8.3 X 0.3 X 1.3 X 1 X 4=0.593 X 10-6/h2.8片状电容器的工作失效率入P8本组件选用的片状电容器届1类瓷介电容器，其工作失效率模型为入P8=入b兀E兀Q兀CV(10)查得环境系数兀E=6.7质量系数兀Q=0.3电容系数兀CV=1.0基本失效率入b=0.009 X 10%6本组件使用片状电容器8只，故其工作失效率为入P8=0.009X10-6 X6.7X0.3X IX

11、8=0.14472X10-6/h2.9射频连接器的工作失效率入P9本组件选用射频同轴连接器，其工作失效率模型为入P9=入b兀E兀Q兀P兀K兀C(11)查得基本失效率入b=0.0303X10-6/h环境系数 兀E=4.3质量系数 兀Q=0.4接触件系数兀P=1.0插拔系数兀K=2.0插孔结构系数兀C=0.3本组件使用射频连接器2只，故其工作失效率为入P9=0.0303 X 10-6X 4.3 X 0.4 X 1.0 X 2.0 X 0.3 X 2 =0.06254 X 10-6/h2.10印制板的工作失效率入PIO印制板的工作失效率模型为 入P10=(入blN +入b2)兀E兀Q兀C(12)式中

12、，入bi取值为0.00017 X 10-6/h,入b2取值为0.0011 X 10-6/h。金届化孔数N=40由查得环境系数兀E=8.0质量系数兀Q=1.0复杂度系数兀C=0.75本组件使用印制板3块，故其工作失效率为入Pi0= (0.00017 X io-6X 40+0.00017 X 10-6)X 8.0 X 1 X 0.75 X 3=0.12546 X 10-6/h2.11焊接点的工作失效率入Pii焊接点的工作失效率模型为入Pii入P11=入b兀E兀Q(13)查得基本失效率入b=0.000092 x 10-6/h环境系数兀E=6.0质量系数兀C=1.0本组件共有74个焊接点，其工作失效率

13、为入PII=0.000092 X 10-6X 6.0 X 1 X 74=0.0408 X 10-6/h2.12介质振荡器的工作失效率 入叩介质振荡器的工作失效率模型为入P12入P12=入b兀E兀Q(14)查得环境系数兀E=15质量系数兀C=0.3基本失效率入b=0.14X10-6/h本组件使用介质振荡器1只，故其工作失效率为入P12=O.14XIO-6X15X 0.3X1=0.63X10-6/h由此，可得出本组件的工作失效率为12入pE/ = (6.84828+0.4954+1.7355+0.268565+0.96+0.12i =1_ _ _ ._ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _、

14、._ -6+0.593+0.14472+0.06254+0.12546+0.0408+0.63 ) X 10=12.024265X 10-6/h故本组件的平均故障间隔时间为MTBFs=1/入PS=83165h3.可靠性分析本组件尚处丁研制阶段，样品虽已完成，但并未投入装备使用，因而并无故障信息反馈。现采用故障模式影响及危害性分析对设计方案进行可能产生的故障 模式及其影响进行分析，以便为进一步提高产品的可靠性提供基础资料。3.1可靠性数据分析根据前面计算得到的各种元器件的工作失效率和GJB299B列出的失效率模式分布，计算整理结果如表1所示：7从工作失效率的角度看，可能产生故障的主要元器件有以下

15、几种：场效应管，工作失效率占总失效率的56.97%;变容管，工作失效率占总失效率的14.43%;单片混频器，工作失效率占总失效率的4.12%;表1可靠性数据分析表序号名称工作失效 率失效率白分 比 主要故障模式故障模式频数比1场效应管6.84828 X 10-656.97%开路40%2介质振荡器0.63X10-65.24%性能退化40%3单片混频器_ , T6 0.4954 X 104.12%开路80%4变容管1.7355 X 10-614.43%开路80%5隔离器_-60.96X107.984%开路50%6集成稳压块0.268565 X 10-62.23%性能退化50%7电阻0.12X10-

16、60. 998%性能退化50%8片状电容0.14472 X 10-61.20%性能退化43%9钥电容_ _-60.593 X 104.93%性能退化50%10射频连接器0.06254 X 10-60.52%磁钢脱落50%11印制板0.12546 X 10-61.043%孔化不良60%12焊接点0.0408 X 10-60.34%虚焊60%介质振荡器，工作失效率占总失效率的5.24%;隔离器，工作失效率占总失效率的7.98%。上面5种元器的工作失效率之和占总失效率的88.74%,特别是场效应管的工作失效率占了总失效率的将近50%对本组件工作可靠性的影响尤为突出，在 元器件选择和装配时应特别加以注

17、意。3.2.故障模式影响故障模式影响是分析元器件主要故障对组件产生的后果，并将其进行严酷度分类。严酷度类别是元器件故障造成的最坏潜在后果的表示。根据严酷度的一般分类原则，可把本组件的严酷度分为三类。皿类（致命的）一这种故障会引起重在经济损失或导致任务失败。用类（临界的）一这种故障会引起一定的经济损失或导致任务降级。w类（轻度的）一这种故障不会引起明显的经济损失或系统任务的完成，但会导致非计划性维护和修理。本组件的故障模式影响分析如表2所示。8故障模式及影响分析表序号名称故障模式故 障原 因故 障 影 响补 偿措施度类 别1场效应管开路引脚土带线 接触不好场放不工作，组件无接 收功能，导致任务失

18、败管脚补焊II类2介质振 荡器能降性下粘结不牢频率移出所需的范围重新粘接m类3单片混 频器开路虚焊组件无中频输出补焊II类4变容管1短路静电引起频率电调谐无法实现更换器件II类5隔离器磁钢脱落胶粘不牢插损变大重新粘接IV类6集成稳 压器开路器件老化增益变差，导致任务降 级更换器件m类7电阻器开路虚焊组件性能变差补焊IV类8片状电 容器短路电压击穿组件性能变差更换器件IV类9钥电容 器短路电压击穿组件性能变差更换器件IV类10射频连接触不良孔黄张开组件性能变差更换器件IV类11印制板孔化不良电镀质量差组件性能变差修理孔化 点IV类12焊接点虚焊焊脚氧化， 焊锡少。组件性能变差补焊IV类由上表可知

19、，从故障影响严酷度的角度看，届丁U类严酷度的有2种元器 件：场效应管，单片混频器。届丁用类严酷度的有3种元器件：介质振荡器，变 容管，三端稳压器。其余的届丁IV类。3.3危害性分析根据故障模式的严酷度和故障模式发生概率所产生的影响，可以定量的对可能产生的故障模式造成的影响进行危害度分析。故障模式危害度的计算公式为Cmj%pj % 0jt(14)式中，Cj第j种元器件的故障模式危害度舄向一第j种元器件的工作失效率aj 第j种兀器件的故障模式频数比9Pj第j种元器件的故障影响概率t工作时间，为简化结果，以106h计本组件的危害性分析如表3所示：表3危害性分析表序号名 称故障模式严酷度类别故障率(p

20、j)故障模式频数(otj)故障影响概 率(j故障模式 危害度(Cmj)1场效应管开路II类6.84828X10-640%12.7392介质 振荡器能降性下m类0.63X10-650%0.50.15753单片 混频器开路II类0.4954X10-680%0.80.3174变容管短路II类1.7355X10-660%0.40.4165隔离器磁钢脱落IV类0.96X10-650%0.050.0246集成稳 压器开路m类0.268565X10-650%0.20.0277电阻器开路IV类0.12X10-692%0.040.0048片状 电容器短路IV类0.14472X10-673%0.030.00329钥电容器短路IV类0.593X10-675%0.030.013310射频 连接器接触不良IV类0.06254X10-660%0.020.000811印制板孔化不良IV类0.12546_ -6X1060%0.020.001512焊接点虚焊IV类0.0408X10-660%0.020.0005根据上表中算出的危害度的大小，可以对本组件中使用的元器件进行排序为场效 应管、变容管、单片混频器、介质振荡器、集成稳压器、隔离器、钥电容器、电 阻器、片状电容器、印制板、