电子设备的可靠性设计

1、第2章 电子设备的可靠性设计 2.1 影响电子设备可靠性的主要因素 2.2 电子元器件的选用 2.3 电子设备的可靠性防护措施 2.4 印制电路板布线的可靠性设计 2.5 PCB电磁兼容设计中的地线设计 思考题与练习题 2.1 影响电子设备可靠性的主要因素级(±5%),级(±10%)和IB+.锗管还要低一点.不同的半导体器件,S的定义不一样.晶体二极管的S为平均正向工作电流与25 时的最大额定正向电流之比.晶体三极管的S为实际功率与25 时的最大额定功率之比.稳压管的S为实际耗散功率与25 时最大额定功率之比.光电器件的S为实际耗散功率与25 二极管(此处列举的是整流二极管

2、):高温贮存温度冲击敲击功率老化高温测反向漏电流常温测试检漏外观检查. 三极管:高温贮存温度冲击跌落(大功率管不做)高温反偏(硅PNP管做)功率老化高低温测试(必要时做)常温测试检漏外观检查.(2) 筛选条件及要求如下: 高温贮存的要求为:贮存温度:硅二极管为150±3 ;硅三极管为175±3 ;锗二极管,三极管为100±2 .贮存时间:A级为48小时,B级为96小时. 温度冲击的要求为:锗器件:-55±3 85±2 硅器件:-55±3 125±3 敲击.在专用夹具上用小锤敲击器件,并用图示仪监视最大工作电流正向曲线. 功率

3、老化.在常温下,按技术要求(例如:整流二极管最大电流不大于1 A时,按额定电流的1.5倍老化;最大电流大于1 A时,可按额定电流老化)通电老化. 高温测试.其试验温度的要求为:锗二极管为70±2,锗中小功率三极管为55±2,锗大功率管为75±2,硅二极管,三极管为125±3,恒温时间为30分钟. 低温测试.其试验温度为-55±3,恒温时间为30分钟. 常温测试.常温测试按技术文件规定进行. 检漏.检漏按技术文件规定进行.2) 半导体集成电路的筛选对于半导体集成电路等组件,也要按照技术要求,凡有筛选要求的都要进行筛选.(1) 高温贮存.高温贮存的

4、作用是通过高温加热来加速任何可能发生或存在的表面化学反应,使电路稳定,剔除潜在的失效电路.贮存条件:温度为150175±5 ,贮存时间为48小时或96小时.150 适用于环氧扁平封装的电路,175 适用于其他材料封装的电路.(2) 温度循环.温度循环能检验电路内不同结构材料的热胀冷缩是否匹配.循环条件:温度范围为-55±3125±3 .先低温后高温,每种温度下保持30分钟,交替时间小于1分钟,交替次数不少于5次.(3) 离心加速度.离心加速度试验可使电路内部焊点不牢,装片或封装不佳,管壳及硅片存在潜在裂纹等缺陷易于暴露.试验条件:质量小于15 g的电路可施加外力2

5、0 kg,质量大于15 g的电路施加外力5 kg.沿电路三个轴向,各试验1分钟.(4) 跌落.有时可以用跌落的方法代替离心加速度的筛选方法.(5) 高温功率老化.老化条件:温度为125±3 ,时间为168小时或96小时.亦可把温度提高到150±3 ,进行24小时老化.(6) 高温测试.测试条件:温度为-40±3和-55±3时,允许的使用功率为标称值的100%;环境温度增至100时,允许使用功率仅为标称值的20%.另外,温度过高能使噪声增大.温度变化同样会使阻值变化,温度每升高或降低10,其阻值大约变化1%. 2) 电阻器散热的一般方法电阻的温度与其形式,

6、尺寸,功率损耗,安装位置以及环境温度等因素有关.一般情况下,电阻是通过引出线的传导和本身的对流,辐射来散热的.电阻器散热的一般考虑有:(1) 大功率电阻器应安装在金属底座上,以便散热.(2) 不许在没有散热的情况下,将功率电阻器直接装在接线端或印制板上.(3) 功率电阻器尽可能安装在水平位置.(4) 引线长度应短些,使其和印制电路板的接点能起散热作用;但又不能太短,且最好稍弯曲,以允许热胀冷缩.如用安装架,则要考虑其热胀冷缩的应力.(5) 当电阻器成行或成排安装时,要考虑通风的限制和相互散热的影响,并将其适当组合.(6) 在需要补充绝缘时,需考虑散热问题.2. 半导体分立器件的散热措施1) 温

7、度对半导体分立器件的影响半导体器件对温度反应很敏感,过高的温度会使器件的工作点发生漂移,增益不稳定,噪声增大和信号失真,严重时会引起热击穿.因此,通常半导体器件的工作温度不能过高,如锗管不超过70100;硅管不超过150200.表2.4列出了常用元器件的允许温度.表2.4 常用元器件允许温度2) 半导体分立器件散热的一般考虑(1) 对于功率小于100 mW的晶体管,一般不用散热器.(2) 大功率半导体分立器件应装在散热器上.(3) 散热器应使肋片沿其长度方向垂直安装,以便于自然对流.散热器上有多个肋片时,应选用肋片间距大的散热器.(4) 半导体分立器件外壳与散热器间的接触热阻应尽可能小,应尽量

8、增大接触面积,接触面保持光洁,必要时在接触面上涂上导热膏或加热绝缘硅橡胶片,借助于合适的紧固措施保证紧密接触.(5) 散热器要进行表面处理,使其粗糙度适当并使表面呈黑色,以增强辐射换热.(6) 对于热敏感的半导体分立器件,安装时应远离耗散功率大的元器件.(7) 对于工作于真空环境中的半导体分立器件,散热器设计时应以只有辐射和传导散热为基础.3) 散热器常用的散热器大致有:平板形,平行肋片形,叉指形,星形等,如图2.2(a)(d)所示.图2.2 散热器形状(a) 平板形;(b) 平行肋片形;(c) 叉指形;(d) 星形3. 变压器的散热措施1) 温度对变压器的影响温度对变压器的影响除降低其使用寿命外,绝缘材