第5章 元器件使用可靠性控制(2012)(1)

元器件可靠性教程。

第五章元器件使用可靠性控制

工程系统工程系元器件室

付桂翠fuguicui@ 2012年10月18日

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本章内容提要1 2 3

元器件可靠性与质量的相关概念军用元器件使用质量管理的必要性军用元器件使用质量管理的流程军用元器件使用质量管理的主要工作项目简介2

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元器件可靠性基本概念 可靠性在规定的时间内和规定的条件下，产品完成规定功能的能力。

元器件的可靠性(1)规定时间：随着时间的推移，无论元器件是否处于工作状态，其性能都会由于各种内外部条件的影响而发生一些变化，其可靠性水平会随着工作时间的延长而缓慢下降。

(2)规定条件：可分使用条件和环境条件。不同的使用条件意味着元器件承受的工作应力水平不同，环境条件包括温度环境、湿度环境及振动冲击环境等。

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元器件可靠性基本概念装备典型的工作环境地面用电子设备野外作战用的电子设备工作环境：雨、雪、沙尘、高温、低温等。舰船用电子设备海水环境的污染和腐蚀。机载电子设备承受各种环境条件，高低温、低气压、振动、冲击、太阳辐射等。宇航及导弹用电子设备太阳辐射、高加速度、零重力、零空气压力、背阳一侧的极冷、飞船蒙皮短暂的高温等。

温变会使不同温度特性材料的内应力增加而导致损坏，高湿可导致材料腐蚀和元器件漏电流增加，振动冲击会使材料疲劳而降低其机械强度。

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元器件可靠性基本概念(3)规定功能：是元器件完成其特定任务的技术性能指标。电阻器：阻值和功耗电容器：电压，电容值，漏电流和损耗角晶体管：功耗，集电极最大电流、反向电压等二极管：反向电压，最大电流，开关时间等运算放大器：电源电压，电源电流，放大倍数等。

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元器件可靠性基本概念固有可靠性元器件通过设计和制造等工作表现的可靠性特征，是元器件承研单位和生产厂的任务。

使用可靠性元器件在使用过程中表现的可靠性特征，是设备承制方和用户的任务。

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元器件质量与质量等级 质量 一组固有特性满足需求的程度(国家标准GB/T19000) 元器件的质量是由其固有质量和使用质量组成 固有质量是由元器件生产单位在元器件设计、工艺、原材料等的生产过程中的质量控制所决定 使用质量是由元器件使用方对元器件的选择、采购和使用等过程的质量控制所决定

质量等级 表征元器件固有质量水平的主要指标 根据元器件固有质量水平的不同可分为不同的质量等级 不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数7 2

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质量等级与质量保证等级质量等级元器件装机使用前，按产品执行标准或供需双方的技术协议，在制造、检验及筛选过程中其质量的控制等级。

质量保证等级

元器件生产厂在元器件出厂前，通过设计和生产等活动，达到元器件质量要求的等级。

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元器件质量等级示例GJB299C对质量等级的划分元器件类别半导体集成电路混合集成电路半导体分立器件电阻器*电容器**质量等级分级(从高到低) A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2 A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、C A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2、C A1T、A1S、A1R、A1P、A1M、A2、B1、B2、C A1S、A1R、A1P、A1M、A2、B1、B2、C

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元器件质量等级示例表4-2半导体集成电路质量等级与质量第数π质量等级 A1 A A2 A3质量要求说明符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的S级产品符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B级产品符合GJB597A列入质量认证合格产品目录的B1级产品符合GB4589.1的III类产品，或经中国 A4电子元器件质量认证委员会认证合格的II类产品;按GJB597A筛选要求进行筛选的B2质 B B1 B2 C C1 C2低档产品量等级的产品；符合GB4589.1的II类产品符合GB4589.1的I类产品按QZJ840614-840615“七专”技术条件组织生产的I、IA类产品符合SJ331的I、IA类产品按“七九○五“七专质量控制技术协议组织生产的产品符合SJ331的II类产品符合SJ331的III类产品符合SJ331的IV类产品 1.0 4.0 14.0 0.5 0.25 0.14 0.1Q

质量要求补充说明

π

Q

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七专产品七十年代末，为满足航天技术的发展和其他武器装备研制的需要，对电子元器件的质量和可靠性提出了更高要求，由航天部会同电子部制订了“七专”质量控制协议，即通常称之为“7905七专质量控制技术协议”,规定了“七专”产品在生产过程中必须采取七项专门控制措施：“专批、专技、

专人、专机、专料、专检、专卡”,以加强对元器件的质量控制。

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七专产品“专批”是指对“七专”电子元器件组织专批生产，从原材料、零组件直到成品包装出厂，实行批次管理，对“七专”产品逐个编号，不得混淆。“专人”是指从工厂领导、管理人员、技术人员到第一线工人都由专人负责生产“七专”产品，责任到人。“专料”是指要求用最好的原材料提供“七专”电子元器件使用。对原材料的主要技术性能指标、制造厂家、出厂年、月、批号和贮存情况应有详细的记录，以便进行质量分析时查询，并及时对原材料厂进行质量反馈。“专机”是指要求选择质量好、性能稳定、符合工艺要求的设备、仪器来生产“七专”电子元器件。对

这些设备、仪器要有严格的维修、鉴定制度，定期计量。

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七专产品“专检”是指要求制定专门检验标准，指定“专人”使用“专机”进行检验。“专技”是指根据整机的可靠性要求，制定专门的电子元器件技术条件，并采取相应的技术保证措施。“专卡”是指建立专门的“七专”电子元器件生产流程记录卡，按工序为单位的工艺流程进行实况记录，以便发生质量问题时，可以及时准确查找原因和责任人。

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质量等级与质量保证等级的应用在工程应用中，元器件质量等级是用于使用单位设计人员进行可靠性预计和元器件选择的；元器件质量保证等级是用于元器件生产厂进行生产控制和使用单位用户采购各类元器件清单上的。备注：元器件的两种质量等级的不同表示，实质上是统一和相互对应的。

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进口元器件质量等级示例表 2-7元器件微电路美国元器件质量等级标志(217F)质量等级标志 S、B、B-1其它：以筛选等级表示其质量半导体分立器件*有可靠性指标的电容器**有可靠性指标的电阻器有可靠性指标的变压器、线圈有可靠性指标的继电器 JANTXV、JANTX、JAN D、C、S、R、B、P、M、L S、R、P、M S、R、P、M R、P、X、U、M、L

*在美国半导体分立器件总规范(MIL-S-19500)中质量等级还有JANS(宇航级)。 **表中所示的质量标志，不是所有的电容器均有这些等级，如云母电容器有可靠性指标的质量标志有T、S、R、P、M、L。15 2011-10-19

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进口元器件质量等级示例美国微电路的质量等级与质量系数质量等级 S说明πQ

⑴完全按照MIL-M-38510的S级要求进行采购。⑵完全按照MIL-I-38535和附录B中 (V级)的要求进行采购。⑶混合电路按照MIL-H-38534的S级 (质量水平K)要求进行采购。⑴完全按照MIL-M-38510的B级要求进行采购。 B⑵完全按照MIL-I-38535的Q级要求进行采购。⑶混合电路按照MIL-H-38534的B级 (质量水平H)要求进行采购。完全符合MIL-STD-883的1.2.1节的所有要求，并按 B-1照MIL图纸、 DESC图纸或政府批准的其它文件进行采购(混合电路除外)。混合电路采用MIL-STD-883的用户筛选程序。其它民用或未知筛选等级的产品2011-10-19

0.25

1.0

2.0

10

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元器件的失效率 失效率 表征元器件可靠性的主要参数。 度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，元器件的失效总数与寿命单位总数之比。 一般表示为：

r n(t ) (t )

常用的失效率单位是1/h, 继电器等以动作次数计算其寿命的元器件，失效率单位为1/次。17 2011-10-19

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元器件的失效率 失效率等级 国标GB/T1772-79《电子元器件失效率试验

方法》均规定了军用元件的失效率等级失效率等级亚五级五级六级七级八级九级十级 Y W L Q B J S失效率等级代号 GB/T1772-79 GJB2649-96 L M P R S 3×10-5 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 18 2011-10-19最大失效率(1/h)

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质量等级对产品可靠性的影响金属膜电阻器的工作失效率λP计算公式如下：λP=λbπEπQπR式中：λb─基本失效率，10-6/h;πE─环境系数；πQ─质量系数；πR─阻值系数。由公式看出，在其它参数不变的情况下，质量系数πQ越小，则元器件工作失效率越低。设备的平均故障间隔时间MTBF: MTBF=1/∑λP i式中：∑λP i─设备的工作失效率元器件质量等级高，其工作失效率就低，因而设备平均故障间隔时间MTBF就高。19 2011-10-19

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