《可靠性设计手册 第2卷》求取 ⇩

1.0 范围1

1.1 一般信息2

1.1.1 元器件可靠性历史2

1.1.1.1 引言2

1.1.1.2 真空管时代(1940～1950)2

1.1.1.3 可靠性的10年和晶体管的崛起(1950～1960)3

1.1.1.4 集成电路的10年(1960～1970)5

1.1.1.5 大规模集成电路的10年(1970～1980)6

1.1.1.6 超大规模集成电路(VLSI)和超高速集成电路(VHSIC)的10年(1980～)7

1.1.1.7 结束语8

1.1.2 采用可靠元器件的必要性8

1.1.2.1 引言8

1.1.2.3 不可修复设备的情况9

1.1.2.2 元器件的安全性9

1.1.2.4 关键功能的应用10

1.1.2.5 元器件寿命周期费用10

1.1.2.4-1 在元器件或电路不同组装等级排除失效所需费用10

1.1.2.3-1 元器件类型及筛选标志10

1.1.2.5-3 非标准元器件后勤保障费用11

1.1.2.5-2 非标准元器件鉴定或试验费用11

1.1.2.5-1 文件编制费用(非标准元器件)11

1.1.3 目前的技术水平12

1.1.3.1 半导体技术和材料12

1.1.3.1.1 半导体器件的类别12

1.1.3.1.1-1 半导体器件类别12

1.1.3.2.1-1 制造双极集成电路的一系列掩模13

1.1.3.2-1 半导体器件的材料和制造过程13

1.1.3.2 半导体器件的材料和制造过程13

1.1.3.2.1 照像制造法13

1.1.3.2.3 膜式集成电路14

1.1.3.2.2 光刻法14

1.1.3.3 封装方法15

1.1.3.4 电子元器件的试验方法16

1.1.3.4-1 环境试验方法(100类)16

1.1.3.4-2 物理特性试验方法(200类)16

1.1.3.4-3 电特性试验方法(300类)16

1.1.4 发展趋势17

1.1.4.1 超高速集成电路18

1.1.4-1 小型化趋势18

1.1.4.2 其它新技术19

1.1.4.2-1 硅和砷化镓在300度K的特性19

1.1.4.2-2 数字技术的速度和功率能力的比较20

参考文献21

1.1.4.2-3 砷化镓实验室器件的噪声系数特性21

2.1 文件版本23

2.0 参照文件23

3.0 定义28

4.1.1 定义31

4.1 引言31

4.0 可靠性理论31

4.2 概率分布31

4.2.2 可靠性分析中应用的分布31

4.2.1-1 正态分布31

4.2.2.1 指数分布32

4.2.1-2 典型的概率密度函数32

4.2.2.1-1 指数分布33

4.2.2.3 威布尔分布34

4.2.2.2-1 对数正态分布34

4.2.2.2 对数正态分布34

4.2.2.3-1 威布尔概率纸36

4.2.2.3-2 失效前的时间、秩序号、百分位37

4.2.2.3-1 估计平均寿命百用的分比37

4.2.2.3-2 威布尔图示例38

4.2.2.4-1 伽玛分布39

4.2.2.4 伽玛分布39

4.2.3.1 指数分布均值的置信度40

4.2.3 置信区间40

4.2.4-1 理想的工作特性曲线41

4.2.4 统计质量控制41

4.2.4-2 典型的工作特性曲线42

4.3.1 阿列尼厄斯模型42

4.3 失效率与温度的关系42

4.3.3-1 失效率与温度的关系43

4.3.3 激活能43

4.3.2 艾林模型43

4.2.1 概述43

参考文献44

5.1-1 元器件选择和控制基本规则45

5.0 元器件可靠性设计考虑45

5.1 元器件的选择与控制45

5.1.1 元器件控制45

5.1.1-1 计划项目的元器件选择清单编制流程46

5.1.2 元器件选择47

5.1.2.1 微型电路可靠性估计程序和半导体器件可靠性估计程序47

5.1.3 元器件的批准48

5.1.3.1 元器件的合理性48

5.1.3.2 元器件的应用48

5.1.3.3 元器件参数48

5.1.4 关键元器件49

5.1.5 失效率预计50

5.1.5.1 MIL-HDBK-217电子设备可靠性预计50

5.2 元器件选择准则51

5.2.1 微型电路51

5.2.1.1-1 微型电路选择准则51

5.2.1.1 选择准则52

5.2.1.1.2-1 备选微型电路组件的制造和设计细节55

5.2.1.1.2-2 备选微型电路组件的速度和功率权衡55

5.2.1.1.2-3 SSI-MSI逻辑性能与功率的关系56

5.2.1.2 应用考虑56

5.2.1.1.2-4 备选微型电路组件的速度和应用场合57

5.2.1.1.2-1 LSI组件特性58

5.2.1.2.3-1 噪声类型和设计考虑60

5.2.1.2.3-2 不良的传输线回路产生的噪声61

5.2.1.2.3-1 电阻器比较图62

5.2.1.2.3-2 用于数据转换的电容器64

5.2.1.2.3.5 对“虚假接地”负载优化的负电源去耦65

5.2.1.2.3-3 电阻器安装方法65

5.2.1.2.3-3 精密电阻器温度考虑65

5.2.1.2.3-4 对“接地”负载优化的负电源去耦65

5.2.1.2.3-6 减法放大器解决接地问题65

5.2.1.2.3-6 印制电路板应用辅助手段66

5.2.1.2.3-4 印制电路板改善电性能的机会和缺陷66

5.2.1.2.3-5 要求慎重使用印制电路技术的典型场合66

5.2.1.3 通用线性集成电路的应用说明68

5.2.1.3-1 电压输出器电路69

5.2.1.3-2 电流放大器反馈回路70

5.2.1.3-3 采样和保持电路71

5.2.1.3-4 正电压调节器72

5.2.1.3-5 用R-2R电阻梯形网络构成的D/A转换器73

5.2.1.3-6 加权电阻器网络73

5.2.1.3-7 “闪现”或并联A/D转换器74

5.2.1.3-1 数目147的A/D转换74

5.2.1.3-8 双斜率积分算法75

5.2.1.3-9 锁相回路方框图75

5.2.1.4 通用数字微型电路的应用信息76

5.2.1.3-10 555定时器简化电路图76

5.2.1.4-1 激励能力为100毫安的单端器件基本结构78

5.2.1.6-1 处理部件特征80

5.2.1.5 通用大规模集成微型电路的应用信息83

5.2.1.6 微处理机、微型计算机和位片处理机85

5.2.2 分立半导体器件91

5.2.2.2 器件的选择91

5.2.2.1 引言91

5.2.1.7 降额91

5.2.1.7-1 线性微型电路降额91

5.2.1.7-2 数字微型电路降额91

5.2.1.7-3 混合器件降额91

5.2.2.3 一般应用信息92

5.2.2.2-1 半导体器件选择准则92

5.2.2.3-1 时间温度回归93

5.2.2.3.3 二次击穿(安全工作范围)96

5.2.2.3-2 极端工作条件下的二次击穿96

5.2.2.3-4 双极和MOSFET器件的电符号97

5.2.2.2-5 电流激励的双极晶体管和电压激励的MOSFET97

5.2.2.3-9 漏-源极特性方框图98

5.2.2.3-7 典型的开关波形99

5.2.2.3-8 栅加速电路99

5.2.2.3-9 栅加速电路及开关时间值99

5.2.2.3-10 有和无栅加速电路的开关时间与漏极电流的一般关系100

5.2.2.3-11 开关效率101

5.2.2.3-12 箝位的电感性试验电路101

5.2.3 电阻器103

5.2.2.4 降额103

5.2.2.4-1 晶体管降额因子103

5.2.3.1 引言103

5.2.2.4-2 二极管降额104

5.2.2.4-1应力温度降额图104

5.2.2.4-2 晶体管保护105

5.2.2.4-4 CMOS保护106

5.2.2.4-3 可控硅整流器保护106

5.2.2.4-5 CMOS处理注意事项106

5.2.2.4-6 TTL保护107

5.2.2.4-7 二极管保护107

5.2.2.4-8 脉冲波形107

5.2.3.2 选择108

5.2.3.2-1 电阻器选择准则108

5.2.3.2-2 电阻器应用和选择108

5.2.3.3 一般应用信息112

5.2.3.3-1 固定电阻器在自由空气中的散热113

5.2.3.4-1 电阻分布特性116

5.2.3.4-2 降额曲线116

5.2.3.4 MIL-R-19 RA型低工作温度的线绕可变电阻器116

5.2.3.6-1 降额曲线117

5.2.3.7 MIL-R-94 RV型合成可变电阻器117

5.2.3.6 MIL-R-26 RW型功率型线绕固定电阻器117

5.2.3.5 MIL-R-22 RP型功率型非封闭式线绕可变电阻器117

5.2.3.5-1 降额曲线117

5.2.3.7-1 降额曲线118

5.2.3.8-1 降额曲线118

5.2.3.9-1 降额曲线118

5.2.3.9 MIL-R-12934 RR型精密线绕可变电阻器118

5.2.3.8 MIL-R-11804 RD型功率型非绝缘膜式固定电阻器118

5.2.3.11-1 降额曲线119

5.2.3.10-1 降额曲线119

5.2.3.11 MIL-R-22097 RJ型调节型非线绕可变电阻器119

5.2.3.10 MIL-R-18546 RE型功率型底座安装线绕固定电阻器119

5.2.3.12-1 电阻分布特性120

5.2.3.12-2降额曲线120

5.2.4.2-2 电容器的选择和使用指南120

5.2.3.13 MIL-R-27208 RT型调节型线绕可变电阻器120

5.2.3.12 MIL-R-23285 RVC型非线绕可变电阻器120

5.2.3.14-1 降额曲线121

5.2.3.15-1 降额曲线121

5.2.3.13-1降额曲线121

5.2.3.16 MIL-R-39007 有可靠性要求的RWR型功率型线绕固定电阻器121

5.2.3.14 MIL-R-39002 RK型半精密线绕可变电阻器121

5.2.3.15 MIL-R-39005 有可靠性要求的RBR型精密线绕固定电阻器121

5.2.3.18 MIL-R-39009 有可靠性要求的RER型功率型底座安装线绕固定电阻器122

5.2.3.17 MIL-R-39008 有可靠性要求的RCR型绝缘合成固定电阻器122

5.2.3.17-1 降额曲线122

5.2.3.16-1 降额曲线122

5.2.3.20 MIL-R-39017 有可靠性要求的RLR型绝缘的膜式固定电阻器123

5.2.3.19 MIL-R-39015 有可靠性要求的RTR型螺杆驱动线绕可变电阻器123

5.2.3.19-1 降额曲线123

5.2.3.18-1 降额曲线123

5.2.3.21 MIL-R-39023 RQ型精密非线绕可变电器124

5.2.3.20-2 降额曲线124

5.2.3.20-1 高频工作特性124

5.2.3.22 MIL-R-39035 有可靠性要求的RJR型螺杆驱动非线绕可变电阻器125

5.2.3.23 MIL-R-55182 有可靠性要求的RNR型膜式固定电阻器125

5.2.3.21-1 降额曲线125

5.2.3.22-1 降额曲线125

5.2.3.24 MIL-R-55342 有可靠性要求的片状膜式固定电阻器126

5.2.3.25 MIL-R-83401 RZ靠膜式固定电阻器网络126

5.2.3.23-1 降额曲线126

5.2.3.24-1 降额曲线126

5.2.3.25-1 降额曲线127

5.2.3.26-1 降额曲线127

5.2.4 电容器127

5.2.4.1 引言127

5.2.3.26 MIL-T-23648 RTH型绝缘热敏电阻器127

5.2.4.2 电容器选择129

5.2.4.2-1 电容器选择准则129

5.2.4.3 一般应用考虑135

5.2.4.3-1 各类电容器的工作频率限制136

5.2.4.4 MIL-C-20 有可靠性要求的CCR型瓷介温度补偿固定电容器138

5.2.4.5 MIL-C-81 CV型瓷介可变电容器139

5.2.4.6 MIL-C-10950 CB型钮扣式云母介质固定电容器139

5.2.4.8 MIL-C-14409 PC型活塞式管状微调可变电容器139

5.2.4.9 MIL-C-19978 有可靠性要求的COR型金属壳气密封塑料(或纸-塑料)介质固定电容器139

5.2.4.7 MIL-C-11015 CK型通用瓷介固定电容器139

5.2.4.10 MIL-C-23183 CG型气体或真空介质、陶瓷或玻璃外壳固定或可变电容器140

5.2.4.9-1 MIL-C-19978金属外壳管状电容器的最大直流电压与高度额定值之间的关系140

5.2.4.14 MIL-C-39006 有可靠性要求的CLR型非固体电解质钽电解固定电容器141

5.2.4.13 MIL-C-39003 有可靠性要求的CSR型固体电解质钽电解固定电容器141

5.2.4.12 MIL-C-39001 有可靠性要求的CMR型云母介质固定电容器141

5.2.4.11 MIL-C-23269 有可靠性要求的CYR型玻璃介质固定电容器141

5.2.4.15 MIL-C-39014 有可靠性要求的CKR型通用瓷介质固定电容器142

5.2.4.17 MIL-C-30922 有可靠性要求的CHR型气密封金属外壳金属化纸塑料薄膜或塑料介质交直流固定电容器143

5.2.4.16 MIL-C-39018 有可靠性和无可靠性要求的CU和CUR型铝氧化物电解固定电容器143

5.2.4.18 MIL-C-55365 有可靠性要求的CWR型片状钽固定电容器144

5.2.4.20 MIL-C-55681 有可靠性要求的CDR型片状多层瓷介固定电容器144

5.2.4.21-1 电容器降额144

5.2.4.21 降额因子144

5.2.5.1 引言145

5.2.5 磁性元件145

5.2.5.2-1 磁性元件选择准则146

5.2.5.2-2 磁性元件的选择和使用指南146

5.2.5.2 元件选择146

5.2.5.3 一般应用考虑146

5.2.5.2-3 规范规定的使用期和环境引起的参数变化148

5.2.5.3-1 变压器、电感器和线圈的降额准则149

5.2.5.3-2 对应于变压器、电感器和线圈中所用导线尺寸的电流降额值149

5.2.6 继电器149

5.2.6.1 引言149

5.2.6.2-1 继电器的功能及其选择指南150

5.2.6.2-2 继电器选择准则150

5.2.6.2 继电器选择150

5.2.6.3 应用考虑151

5.2.6.3-1 适用于继电器的军用规范151

5.2.6.3-1 电流对工作寿命的影响(典型特性)151

5.2.6.3-2 直流灭弧法152

5.2.6.3-2 降额因子153

5.2.7.1 引言155

5.2.7 开关155

5.2.7.2-1 几种开关选择准则156

5.2.7.2-2 开关的使用和选择指南156

5.2.7.2 开关选择156

5.2.7.3 应用考虑158

5.2.7.3-1 电流对工作寿命的影响(典型特性)159

5.2.7.5 降额160

5.2.7.4 环境考虑160

5.2.8.2 连接器选择161

5.2.8.2-1 连接器选择准则161

5.2.7.5-1 降额161

5.2.8.1 引言161

5.2.8 电连接器161

5.2.8.2-2 电连接器选择和使用指南162

5.2.8.2-1 使用寿命与热点温度的关系168

5.2.8.3 降额要求169

5.2.8.3-1 连接器降额(海平面)169

5.2.9 电子管170

5.2.9.1 引言170

5.2.8.3-2 不同高度的电压降额170

5.2.9.2 电子管选择准则170

5.2.10.2-1 电缆选择准则171

5.2.9.2-1 电子管选择准则171

5.2.9.3 失效模式和机理171

5.2.10 电缆171

5.2.10.1 引言171

5.2.10.2 选择171

5.2.10.3 选择和应用考虑172

5.2.11.2 规范和标准173

5.2.11 电-光学或纤维光学173

5.2.11.1 引言173

5.2.11.2-1 军用规范和标准174

5.2.12.1 引言175

5.2.12 印制电路175

5.2.12.2 印制电路设计和处理准则175

5.2.12.2-2 焊料连接的材料和工艺准则176

5.2.12.2-1 印制电路的设计和处理准则176

5.2.12.3 元器件安装(焊接)177

5.2.12.4 印制电路板的选择177

5.2.12.4-1 互连组件使用和选择指南178

5.2.13 标准电子模块(SEM)计划179

5.2.13.1 引言179

5.2.13.2 SEM计划的目标179

5.2.13.3 标准电子模块的选择和使用准则179

5.2.13.4 SEM计划的要求179

参考文献180

5.2.13.3-1 标准电子模块的选择和使用准则180

5.2.13.5 质量和可靠性180

6.1.1 耐环境特性182

6.1 环境考虑182

6.0 应用指南182

6.1.2-1 电子设备的环境应力、影响和可靠性提高方法182

6.1.2 环境因素182

6.1.2.1 温度影响183

6.1.2.4 电磁和核辐射184

6.1.2.2 机械冲击184

6.1.2.3 潮气和盐雾184

6.1.2.5 其它应力因素185

6.1.3 耐环境措施185

6.1.3.1 热防护185

6.1.3.1-1 元器件的低温下使用时可能得到的可靠性改善(以失效率表示)186

6.1.3.3 冲击和振动防护187

6.1.3.1-2 减少元器件过热的设计指南187

6.1.3.2 机械防护187

6.1.3.4 湿度、盐雾和砂尘的防护188

6.1.4 组装的一般考虑188

6.1.4-1 组装方法对比189

6.1.3.5 辐射防护189

6.1.5 生产环境应力189

6.1.6.2 静电放电敏感元器件的失效类型、失效模式和失效机理190

6.1.6.1 引言190

6.1.6 静电放电控制(ESD)190

6.1.6.3 失效模式和机理191

6.1.6.4 静电放电敏感度试验(VZAP试验)192

6.1.6.5静电放电防护器材和设备192

6.1.6.5-1 摩擦生电样本材料系列195

6.1.6.6 设计中的静电放电防护措施196

6.1.6.7 静电放电控制计划197

6.1.6.8 资料来源198

6.2 可靠电路设计指南198

6.2.1 电降额198

6.2.1-1 分立半导体器件基本失效率参数199

6.2.1-2 第一组晶体管(硅，NPN)的基本失效率200

6.2.1-1 第一组晶体管(硅，NPN)的应力/温度曲线201

6.2.1-2 半导体器件典型降额曲线201

6.2.1-4 功率二极管IN3263 的多点降额曲线202

6.2.1-3 实际的恒结温曲线202

6.2.2.1 温度对可靠性的影响203

6.2.2 热设计203

6.2.2.2 热和传热理论204

6.2.2.2-1 元器件的等效热回路205

6.2.3.1-1 采用普通冷却方法时每单位面积的最大热耗散量206

6.2.3.1 冷却方法的限制206

6.2.3 可靠热设计指南206

6.2.3.1-2 模块式微电子器件采用强迫空气冷却方法的限制206

6.2.2.2-2 散热片的热回路206

6.2.3.1-3 各种冷却方法的限制207

6.2.3.2 元器件的位置和布局207

6.2.3.2-3 自由对流冷却设备207

6.2.3.2-2 强迫对流冷却设备207

6.2.3.2-1 利用自由对流冷却设备时，不要将元器件正好放在高耗能元器件的上方207

6.2.3.3-1 混合微型电路的安装208

6.2.3.3 元器件安装208

6.2.3.3-2 大功率元器件的安装208

6.2.4 热设计的管理209

6.2.3.3-5 冷壁冷却插件的安装209

6.2.3.3-4 多层印制线路板冷却方法209

6.2.3.3-3 导热化合物的利用209

6.2.4-1 热系统管理过程流程图210

参考文献211

6.2.5 当前技术水平的限制211

7.0 采购期间的技术要求和控制212

7.1.1 筛选的理论和目的212

7.1 元器件筛选212

7.1-1 寿命特性曲线212

7.1.2 元器件筛选的设计213

7.1.1-1 可靠性筛选213

7.1.2.1 有可靠性要求的无源元件214

7.1.2.2 JAN、JANTX、JANTXV和JANS半导体214

7.1.2.1-1 MIL-STD-202 试验方法一览表215

7.1.2.2-1 JAN、JANTX和JANTXV类器件的程序安排框图216

7.1.2.2-2 JAN、AJNTX和JANTXV类器件的另一种程序安排框图217

7.1.2.2-3 JANS类器件的程序安排框图217

7.1.2.2-1 失效率的相对差别218

7.1.2.2-2 MIL-STD-750的分立半导体器件试验方法218

7.1.2.3 微型电路的质量和可靠性等级220

7.1.2.3-1 MIL-STD-883的微型电路试验方法221

7.1.3 筛选的费用效能222

7.1.3-1 微型电路缺陷和筛选222

7.1.3-2 筛选法比较224

7.1.3-1 筛选的费用效能227

7.3.3-4 MIL-STD-883试验的效果228

7.1.3-3 MIL-STD-883 5094 法的筛选顺序228

7.2 微型电路测试229

7.2.1 测试概念229

7.1.3-5 B类器件的筛选试验费用229

7.2.1.1 逻辑整体测试230

7.2.1.2 交流测试230

7.2.1.3 直流(静态)测试230

7.2.2 存储器测试231

7.2.2-1 测试方法比较232

7.2.3 大规模集成电路和随机逻辑测试233

7.2.2-2 各种测试类型的成功率比较233

7.3.1 元器件选择和控制234

7.2.3-1 典型特征信号产生算法234

7.3 可靠元器件的管理234

7.3.2 可靠性计划235

参考文献236

8.1 贮存237

8.0 后勤保障237

8.1-1 电子元器件在贮存期间的失效模式238

8.1.1 元器件贮存的一般考虑239

8.1.2 微型电路贮存特性240

8.1.2-3 存储器/大规模集成器件的失效模式和机理的信息记录241

8.1.2-1 数字和线性器件的主要失效机理241

8.1.2-2 金属氧化物半导体小规模集成/中规模集成器件的失效率模式和机理的信息记录241

8.1.3 分立半导体贮存特性242

8.1.4 电阻器贮存环境242

8.1.5 电容器贮存特性243

8.1.5-1 固体钽电容器失效机理分析243

8.1.6 电感性器件贮存特性244

8.1.5-2 钽箔电容器的失效机理分析244

8.1.6-1 受各种使用和贮存条件影响的失效模式244

8.1.8 防护方法245

8.1.7 印制电路贮存特性245

8.2.1.2 空军的备件要求246

8.2.1.1 主要武器系统的元器件控制246

8.2.1 已装备的军用设备和系统的元器件控制246

8.2 备件供应246

8.2.2 备件供应方法247

8.2.2.1.1-1 雷达的主要组件248

8.2.2.1 备件和维修设施的优化248

8.2.2.1.1 问题248

8.2.2.1.1-2 数字印制电路板的数量249

8.2.2.1.1-3 维修方针249

8.2.2.1.2 问题的求解249

8.2.2.1.1-1 维修方针250

8.2.2.1.1-2 各修理线的任务250

8.2.2.1.2-1 D1和D2的重迭区251

8.2.2.1.2-2 修理时间的分布251

8.2.2.1.2-1 转换矩阵252

8.2.2.1.2-3 马可夫过程252

8.2.2.1.2-4 货源模式及库存水平253

8.2.2.1.3-1 供应线路254

8.2.2.1.3 修理设施254

参考文献255

9.0 故障报告和分析256

9.1 故障报告256

9.1.1 闭环境报告和改正措施系统256

9.1.1-1 闭环故障报告和改正措施系统257

9.1.3 故障报告表258

9.1.4.1 用户数据报告系统258

9.1.4 数据收集和保存258

9.1.2 故障报告系统258

9.1.3-1 故障报告表(样件)259

9.1.3-2 故障分析报告表(样件)260

9.1.3-3 改正措施申请表(样件)261

9.2 故障分析264

9.2.2 故障分析仪器265

9.2.1 故障分析的一般考虑265

9.2.1-1 故障分析研究流程图266

9.2.1-2 通用故障分析流程图(第一部分)267

9.2.1-2 通用故障分析流程图(第二部分)268

9.2.3 由故障分析获得的信息269

9.2.4 零件故障的共同原因269

9.2.5 故障种类269

9.2.2-1 初步故障分析实验室269

参考文献270

附录A 影响元器件失效率的因素271

附录A271

1 影响失效率的因素271

2 (a)电阻器272

2 (b)电容器272

2 (c)继电器、开关和连接器272

3 半导体器件的其它失效率影响因素272

4 单片和混合微型电路的其它失效率因素272

5 微型电路的熟练因子/失效率系数272

附录B 电子管的基本失效率(包括偶然和耗损失效)273

5.2.4.19 MIL-C-55514 有可靠性要求的CFR型非金属外壳塑料或金属化塑料介质直流固定电容器1444