1、目錄目錄133 23 41、電子產品的降額設計：、電子產品的降額設計： 就是使元器件或設備在使用中所承受的應力（電、熱、和機械應力等）就是使元器件或設備在使用中所承受的應力（電、熱、和機械應力等） 低低 用中所承受的應力（電、熱、和機械應力等）低于其額定值的方法。用中所承受的應力（電、熱、和機械應力等）低于其額定值的方法。2、降額設計的目的：、降額設計的目的：通過限制元器件所承受的應力，使元器件在低于額定值情況下工作，降通過限制元器件所承受的應力，使元器件在低于額定值情況下工作，降低元器件失效率，提高使用可靠性；低元器件失效率，提高使用可靠性；若元器件一直工作在額定應力值下，其性能退化速率較快

2、，因此降額使若元器件一直工作在額定應力值下，其性能退化速率較快，因此降額使用有利于延緩和減小性能退化；用有利于延緩和減小性能退化；使得設計具有一定安全余量，提高系統的可靠性。使得設計具有一定安全余量，提高系統的可靠性。3、降額等級要求降額等級要求：級降額級降額 ：級是最大的降額，適用于設備故障將會危及安全，導致任務失敗級是最大的降額，適用于設備故障將會危及安全，導致任務失敗和造成嚴重經濟損失情況時的降額設計。它是保證設備可靠性所必須的最大降額。和造成嚴重經濟損失情況時的降額設計。它是保證設備可靠性所必須的最大降額。若采用比它還大的降額，不但設備的可靠性不會再增長多少，而且設計上是難以若采用比它

3、還大的降額，不但設備的可靠性不會再增長多少，而且設計上是難以接受的。接受的。級降額：級降額：級降額是中等降額，適用于設備故障將會使工作任務降級和發生不級降額是中等降額，適用于設備故障將會使工作任務降級和發生不合理的維修費用情況的設備設計。這級降額仍在降低工作應力可對設備可靠性增合理的維修費用情況的設備設計。這級降額仍在降低工作應力可對設備可靠性增長有明顯作用的范圍內，它比長有明顯作用的范圍內，它比級降額易于實現。級降額易于實現。 級降額：級降額：級降額是最小的降額，適用于設備故障只對任務完成有小的影響和級降額是最小的降額，適用于設備故障只對任務完成有小的影響和可經濟的修復設備的情況。這級降額可

4、靠性增度效果最大，設計上也不會有什么可經濟的修復設備的情況。這級降額可靠性增度效果最大，設計上也不會有什么困難。困難。 降額設計的基本方法：降額設計的基本方法：1、修改電路設計（裕度設計、熱設計）、修改電路設計（裕度設計、熱設計）使元器件所承受的應力降低使元器件所承受的應力降低 需要整體考慮、綜合權衡；需要整體考慮、綜合權衡；恰當地選用元器件品種、規格恰當地選用元器件品種、規格使得所選元器件的額定值高于工作中使得所選元器件的額定值高于工作中要承受的應力要承受的應力需要考慮費用、尺寸、重量的約束。需要考慮費用、尺寸、重量的約束。2、根據可靠性預計手冊的計算公式、根據可靠性預計手冊的計算公式p=b

5、 p=b * *Q Q * *T T * *E E 失效數失效數/1000000/1000000小時小時式中各個參數含義如下：式中各個參數含義如下：- - 失效率。指元器件在實際運用狀態下工作時的失效率，也稱為現場失效率。失效率。指元器件在實際運用狀態下工作時的失效率，也稱為現場失效率。b b - - 基本失效率；指元器件在額定條件下工作時的失效率，也稱為額定失效率或通用失效率。基本失效率；指元器件在額定條件下工作時的失效率，也稱為額定失效率或通用失效率。Q Q - - 質量系數；質量系數；T T - - 溫度應力系數；溫度應力系數；T T=exp-19251/=exp-19251/（TJun

6、ction+273TJunction+273）-1/298-1/298E E - - 環境系數。環境系數。降額設計的基本方法：降額設計的基本方法：3 3、降額設計的工作內容：、降額設計的工作內容： 是要確定設備元器件應采用的是要確定設備元器件應采用的降額等級降額等級、降額參數降額參數和和降額因子降額因子。 降額等級降額等級表示設備中元器件降額的不同范圍；表示設備中元器件降額的不同范圍； 降額參數降額參數是指設備中影響元器件失效率的元器件應力參數和環境應力參數；是指設備中影響元器件失效率的元器件應力參數和環境應力參數； 降額因子降額因子( (降額系數降額系數) )是指元器件工作應力與額定應力之比

7、，一般用符號是指元器件工作應力與額定應力之比，一般用符號S S來表示。來表示。4 4、各類電子元器件都有最佳的降額范圍（參見、各類電子元器件都有最佳的降額范圍（參見GJB/Z35GJB/Z35），在此范圍內工作應力），在此范圍內工作應力 的變化對其失效率有明顯的影響，在設計上也較容易實現，且不會在設備體積、的變化對其失效率有明顯的影響，在設計上也較容易實現，且不會在設備體積、重量方面付出過大代價。重量方面付出過大代價。5 5、元器件的降額量值允許做適量調整，但對關鍵元器件要保證規定的降額量值。、元器件的降額量值允許做適量調整，但對關鍵元器件要保證規定的降額量值。降額設計的基本方法：降額設計的基

8、本方法：6 6、降額設計注意事項：、降額設計注意事項： 不能過度降額：不能過度降額：過度的降額會使效益下降，系統過度的降額會使效益下降，系統( (設備設備) )重量、體積和成本增重量、體積和成本增加，有時還會使某些元器件重量、體積和成本增加，有時還會使某些元器件工作加，有時還會使某些元器件重量、體積和成本增加，有時還會使某些元器件工作不正常。如大功率晶體管在小電流下，會大大降低放大系數且參數穩定性降低。不正常。如大功率晶體管在小電流下，會大大降低放大系數且參數穩定性降低。不能采用降額補償的方法不能采用降額補償的方法解決低質量元器件的使用問題；解決低質量元器件的使用問題；不能不降額設計：不能不降

9、額設計：由于采用了高質量等級的元器件，而不進行降額設計；由于采用了高質量等級的元器件，而不進行降額設計；不應將相關標準所推薦的降額量值絕對化不應將相關標準所推薦的降額量值絕對化，降額是多方面因素綜合分析的結果。，降額是多方面因素綜合分析的結果。器件的關鍵降額參數元器件類別元器件類別降額參數降額參數模擬模擬ICIC放大器、比較器、放大器、比較器、模擬開關模擬開關電源電壓、輸入電壓、輸出電流、功率、最電源電壓、輸入電壓、輸出電流、功率、最高結溫高結溫電壓調整器電壓調整器電源電壓、輸入電壓、輸入輸出電壓差、輸電源電壓、輸入電壓、輸入輸出電壓差、輸出電流、功率、最高結溫出電流、功率、最高結溫數字數字I

10、CIC雙極型雙極型頻率、輸出電流、最高結溫頻率、輸出電流、最高結溫MOSMOS型型電源電壓、輸出電流、頻率、最高結溫電源電壓、輸出電流、頻率、最高結溫晶體管晶體管反向電壓、功率、最高結溫反向電壓、功率、最高結溫關鍵降額參數：關鍵降額參數：元器件類別元器件類別降額參數降額參數LDMOSLDMOS管管柵源電壓、電流、最高結溫柵源電壓、電流、最高結溫(陶瓷陶瓷)、最高結溫、最高結溫(塑封塑封)二極管二極管反向電壓、電流、功率、最高結溫反向電壓、電流、功率、最高結溫電阻器、電位器電阻器、電位器功率功率電容電容器器陶瓷、鋁電解、陶瓷、鋁電解、鉭電解鉭電解直流工作電壓、環境溫度直流工作電壓、環境溫度電感電

11、感工作溫度、工作電流工作溫度、工作電流電連接器電連接器工作電壓工作電壓(DC或或AC)、工作電流、溫度、工作電流、溫度聲表濾波器聲表濾波器輸入功率輸入功率隔離器隔離器正向功率、反射功率正向功率、反射功率開關電源模塊開關電源模塊輸出電流、殼溫輸出電流、殼溫器件的關鍵降額參數關鍵降額參數：關鍵降額參數：降額因子與應力比關系：降額因子與應力比關系： 上述各類元器件的關鍵降額參數，可以用作可靠性預計中元器件應力分析上述各類元器件的關鍵降額參數，可以用作可靠性預計中元器件應力分析法的應力比參數；法的應力比參數； 降額因子的選取有一個最佳范圍，一般應力比降額因子的選取有一個最佳范圍，一般應力比0.50.5

12、0.90.9。這個范圍內，基。這個范圍內，基本失效率下降很多，但是一旦超出這個范圍，元器件失效率的下降很小；本失效率下降很多，但是一旦超出這個范圍，元器件失效率的下降很小； 隨降額因子的變化，元器件失效率相應變化。當降額因子從隨降額因子的變化，元器件失效率相應變化。當降額因子從0.90.9變化到變變化到變化到化到0.10.1時，基本失效率是連續下降的。對于相同應力比時，基本失效率是連續下降的。對于相同應力比S S，工作環境溫度的下，工作環境溫度的下降也可以使基本失效率降下來。降也可以使基本失效率降下來。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電阻器電阻器l降額主要應力參數是熱點溫度降額主要

13、應力參數是熱點溫度(功耗溫度和環境溫度功耗溫度和環境溫度)；l電壓高會影響電阻體失效；電壓高會影響電阻體失效；l金屬膜電阻器和線繞電阻器在低氣壓條件下工作，要作進一步降額；金屬膜電阻器和線繞電阻器在低氣壓條件下工作，要作進一步降額；l合成型電阻器在潮濕環境下使用不宜過度降額，否則潮氣不能揮發將可合成型電阻器在潮濕環境下使用不宜過度降額，否則潮氣不能揮發將可能使電阻器變質失效；能使電阻器變質失效；l主要降額參數是功率和環境溫度。主要降額參數是功率和環境溫度。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電阻器電阻器貼片電阻的封裝與功率、電壓關系如下表：貼片電阻的封裝與功率、電壓關系如下表：封裝封裝

14、額定功率額定功率(W) (W) 7070C C最高工作電最高工作電壓壓(V)(V)工作溫度工作溫度( (C)C)英制英制(inch)(inch)公制公制(mm)(mm)常規功率系列常規功率系列0100501005040204021/321/321515-55-55 +125+12502010201060306031/201/20252504020402100510051/161/165050-55-55 +155+15506030603160816081/101/10505008050805201220121/81/815015012061206321632161/41/42002001210

15、1210322532251/41/4200200-55-55 +125+125關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電阻器電阻器注：電壓注：電壓=功率功率x x電阻值電阻值(P=V2/R) (P=V2/R) 或最大工作電壓兩者中的較小值或最大工作電壓兩者中的較小值圖圖1 (-551 (-55+125)+125)功率及環境溫度降額曲線圖功率及環境溫度降額曲線圖關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電阻器電阻器注：電壓注：電壓=功率功率x x電阻值電阻值(P=V2/R) (P=V2/R) 或最大工作電壓兩者中的較小值或最大工作電壓兩者中的較小值注意事項：注意事項： 1)1)設計和使用貼

16、片電阻設計和使用貼片電阻 時，最大功率不能超過其額定功率，否則會降低其可靠性。時，最大功率不能超過其額定功率，否則會降低其可靠性。 2)2)一般按額定功率的一般按額定功率的 70%70%降額設計使用。降額設計使用。 3)3)也不能超過其最大工也不能超過其最大工 作電壓，否則有擊穿的危險。作電壓，否則有擊穿的危險。 4)4)一般按最高工作電壓一般按最高工作電壓 的的75%75%降額設計使用。降額設計使用。 5)5)當環境溫度超過當環境溫度超過 7070C C，必須按照降額曲線圖，必須按照降額曲線圖( (圖圖1)1)降額使用。降額使用。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電容器電容器l電壓

17、影響電容器壽命，越接近額定電壓時影響越大；電壓影響電容器壽命，越接近額定電壓時影響越大；l降額的直流電壓值降額的直流電壓值=直流電壓直流電壓+交流峰值電壓；電壓與壽命有五次冪關系，交流峰值電壓；電壓與壽命有五次冪關系，電壓減一半，壽命可增至電壓減一半，壽命可增至32倍；倍；l環境溫度影響電容器的使用壽命、電容量、絕緣電阻、介電強度和器件環境溫度影響電容器的使用壽命、電容量、絕緣電阻、介電強度和器件的密封等。電容器溫度的密封等。電容器溫度=環境溫度環境溫度+交流負載引起外殼溫升。在某溫度范交流負載引起外殼溫升。在某溫度范圍內，電容器溫度降低電容器溫度降低圍內，電容器溫度降低電容器溫度降低10，元

18、件壽命增加，元件壽命增加1倍；倍；l主要降額參數是直流電壓值和環境溫度。主要降額參數是直流電壓值和環境溫度。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電容器電容器鉭電容：鉭電容：1、常溫電壓降額、常溫電壓降額50%，惡劣場景下，惡劣場景下，65度左右要降低到度左右要降低到30%，但不能為了降額，但不能為了降額而選擇高壓及大容量鉭電容（額定電壓大于而選擇高壓及大容量鉭電容（額定電壓大于25V或容量大于或容量大于100UF）；）；2、不能用于電流、不能用于電流變化過大的場合；變化過大的場合；3、多電容并聯個數不要太多，并聯個數要少于、多電容并聯個數不要太多，并聯個數要少于30個，如果超過需要個，

19、如果超過需要電感等器件隔離；太多鉭電容并聯會導致回路阻抗太低，一旦有電壓波動，電感等器件隔離；太多鉭電容并聯會導致回路阻抗太低，一旦有電壓波動，di/dt很大，很大，影響鉭電容內部絕緣介質修復，導致短路失效；溫度降額，影響鉭電容內部絕緣介質修復，導致短路失效；溫度降額，Tmax-20度；度；鋁電容：鋁電容：1）使用電壓至少降額至額定電壓的）使用電壓至少降額至額定電壓的80%；2）不用用于極低溫場景，如低于）不用用于極低溫場景，如低于-25度環境；溫度降額，度環境；溫度降額，Tmax-20度；度；陶瓷電容：陶瓷電容：降額降額80%；溫度降額，；溫度降額，Tmax-10度；度；關鍵器件參數降額要求

20、：關鍵器件參數降額要求：l電容器的幾個案例電容器的幾個案例鉭電容降額鉭電容降額陶瓷電容開裂陶瓷電容開裂電解電容壽命電解電容壽命關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電感器電感器l對電感元件工作可靠性影響主要應力參數是它的熱點溫度。熱點溫度是對電感元件工作可靠性影響主要應力參數是它的熱點溫度。熱點溫度是與電感元件繞組的絕緣性能、工作電流、瞬態沖擊電流和介質耐壓有關，與電感元件繞組的絕緣性能、工作電流、瞬態沖擊電流和介質耐壓有關，故對這些參數進行降額；故對這些參數進行降額；l電感元件一般電壓和工作頻率是固定的，不能對它們降額來提高可靠性，電感元件一般電壓和工作頻率是固定的，不能對它們降額來提

21、高可靠性，否則影響性能。否則影響性能。l為防止絕緣擊穿，除扼流圈外，繞阻額定電壓不能降額；為防止絕緣擊穿，除扼流圈外，繞阻額定電壓不能降額；l主要降額參數是熱點溫度、工作電流、瞬態電壓主要降額參數是熱點溫度、工作電流、瞬態電壓/電流、介質耐壓和額定電流、介質耐壓和額定電壓。電壓。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電感器電感器l溫度降額，貼片型長期工作溫度不超過溫度降額，貼片型長期工作溫度不超過30度，插裝型不超過度，插裝型不超過40度；度；l電流降額推薦電流降額推薦80%；電感存在直流電阻（；電感存在直流電阻（DCR），在低壓大電流濾波電路中，應），在低壓大電流濾波電路中，應保證電感

22、上的壓降不影響后端器件的正常工作；保證電感上的壓降不影響后端器件的正常工作；磁珠磁珠l耗能元件，在低頻下，磁珠只有很小的直流阻抗，隨頻率增加，阻抗迅速增加，耗能元件，在低頻下，磁珠只有很小的直流阻抗，隨頻率增加，阻抗迅速增加，100MHz左右通常最大，表現為對高頻信號的強烈吸收并轉化為熱能，因此磁珠主左右通常最大，表現為對高頻信號的強烈吸收并轉化為熱能，因此磁珠主要用于高頻濾波、要用于高頻濾波、EMI抑制，電流降額至額定電流的抑制，電流降額至額定電流的90%；關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：機械開關機械開關l開關觸點通過的電流情況，會嚴重影響長期工作的開關的接觸可靠性；開關觸點通過

23、的電流情況，會嚴重影響長期工作的開關的接觸可靠性；l開關通過電壓大小，主要影響開關的絕緣；開關通過電壓大小，主要影響開關的絕緣；l開關觸點可并聯工作，但不要通過觸點并聯作為降額辦法；開關觸點可并聯工作，但不要通過觸點并聯作為降額辦法；l開關降額參數是觸點電流、電壓和功率。開關降額參數是觸點電流、電壓和功率。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：集成集成ICl大規模集成電路由于其功能和結構的特點，器件內部參數允許變化小，大規模集成電路由于其功能和結構的特點，器件內部參數允許變化小，因此降額應著重于改進封裝散熱方式，以降低器件的結溫；因此降額應著重于改進封裝散熱方式，以降低器件的結溫；l在保

24、證器件正常工作下，應盡可能降低輸入電平、輸出電流和工作頻率；在保證器件正常工作下，應盡可能降低輸入電平、輸出電流和工作頻率；降額參數是結溫。降額參數是結溫。關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：晶振：晶振：應用環境優于器件宣稱工作極限溫度應用環境優于器件宣稱工作極限溫度10度，如器件宣稱工作溫度度，如器件宣稱工作溫度070度，實際應用環境應該為度，實際應用環境應該為1060度；度；雙極型普通三極管：雙極型普通三極管：關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：場效應管：場效應管：關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電源電路器件電源電路器件1 1）輸出電流較大時選擇多相的同步整流的

25、開關芯片；）輸出電流較大時選擇多相的同步整流的開關芯片；2 2）ESR是影響紋波的主要影響因素，電容是影響紋波的主要影響因素，電容ESR應盡量小；應盡量小；關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：電源電路器件電源電路器件4 4）開關管選用）開關管選用Rds on和寄生電容小的和寄生電容小的MOS管降額，管降額，Vgs 90% ，Vds 80%；3 3）二極管選擇正向壓降小、反向恢復時間短的肖特基管；）二極管選擇正向壓降小、反向恢復時間短的肖特基管；關鍵器件參數降額要求：關鍵器件參數降額要求：半導體光電器件半導體光電器件:半導體光電器件主要有三類：發光、光敏器件或兩者的組合。發光類器件主要有

26、發光二極管、發光數碼管半導體光電器件主要有三類：發光、光敏器件或兩者的組合。發光類器件主要有發光二極管、發光數碼管；光敏類器件有光敏二極管、光敏三極管；常有的光電組合器件是光電耦合器，它由發光二極管和光敏三；光敏類器件有光敏二極管、光敏三極管；常有的光電組合器件是光電耦合器，它由發光二極管和光敏三極管組成。極管組成。 高結溫和結點高電壓高結溫和結點高電壓是半導體光電器件主要的破壞性應力，結溫受結點電流或功率的影響，所以對半導是半導體光電器件主要的破壞性應力，結溫受結點電流或功率的影響，所以對半導體光電器件的結溫、電流或功率均需進行降額。體光電器件的結溫、電流或功率均需進行降額。 應用指南：應用指南：發光二極管驅動電路必須限制電流，通常用一個串聯的電阻來實現。發光二極管驅動電路必須限制電流，通常用一個串聯的電阻來實現。一般不應采用經半波或全波整流的交流正弦波電流作為發光二極管的驅動電流。如果確要使用，則不允許一般不應采用經半波或全波整流的交流正弦波電流作為發光二極管的驅動電流。如果確要使用，則不允許其電流峰值超過發光二極管的最大直流允許值。其電流峰值超過發光二