深圳市企业设计技术标准-元器件降额准则.pdf

深圳市企业设计技术业标准

元器件降额准则
Deratingcriteriaforelectrical,electronicandelectromechanicalparts

1主题内容
本标准规定了电子、电气和机电元器件（以下简称元器件〕在不同应用情况下应降额的参数及其量值；同时提供了若干与降额使用有关的应用指南。
本标准适用于本公司电子设备的设计。
2引用文件
GJB450－88装备研制与生产的可靠性通用大纲
GJB451－90可靠性维修性术语
GJB/299A－91电子设备可靠性预计手册
GJB/Z35－93元器件降额准则
3定义
除下列术语外，本标准所用的其他术语及其定义见GJB451。
3.1降额derating
元器件使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用可靠性的目的。通常用应力比和环境温度来表示。
3.2额定值rating
元器件允许的最大使用应力值。
3.3应力stress
影响元器件失效率的电、热、机械等负载。
3.4应力比stressratio
元器件工作应力与额定应力之比。应力比又称降额因子。
4一般要求
4.1降额等级的划分
通常元器件有一个最佳降额范围。在此范围内，元器件工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，设备的设计易于实现，且不必在设备的重量、体积、成本方面付出大的代价。
应按设备可靠性要求、设计的成熟性、维修费用和难易程度、安全性要求，以及对设备重量和尺寸的限制等因素，综合权衡确定其降额等级。在最佳降额范围内推荐采用三个降额等级。
a)I级降额
I级降额是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大。超过它的更大降额，通常对元器件可靠性的提高有限，且可能使设备设计难以实现。
I级降额适用于下述情况：设备的失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏；对设备有高可靠性要求，且采用新技术、新工艺的设计；由于费用和技术原因，设备失效后无法或不宜维修；系统对设
备的尺寸、重量有苛刻的限制。
b)II级降额
II级降额是中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善。II级降额在设计上较I级降额易于实现。
II级降额适用于下述情况：设备的失效将可能引起装备与保障设施的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。
c)III级降额
III级降额是最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果不如I级和II级降额。III级降额在设计上最易实现。
III级降额适用于下述情况：设备失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏；设备采用成熟的标准设计。
4.2降额的限度
降额可以有效地提高元器件的使用可靠性，但降额是有限度的。通常，超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善的相对效益下降，见附录A（参考件）。而设备的重量、体积和成本却会有较快的增加。有时过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至有可能找不到满足设备或电路功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降。
4.3降额量值的调整
不应将本标准所推荐的降额量值绝对化。降额是多方面综合分析的结果。本标准规定的降额值考虑了设计的可行性和与可靠性要求相吻合的设计限制。在实际使用中由于条件的限制，允许降额值作一些变动，即某降额参数可与另一参数彼此综合调整，但不应轻易改变降额等级（如从II级降额变到III级降额）。某些情况下，超过本标准所提出的降额量值的选择可能是合理的，但也应在认真权衡的基础上作出。还应指出，与本标准规定的降额量值间的小的偏差，通常对元器件预计的失效率不会有大的影响。
4.4降额等级的确定
为了确定某种元器件的降额等级，针对该种元器件对表1中的五个因素打分后求和，就可确定其应该采用的降额等级。
本公司设计的电子设备所用的元器件一般不采用I级降额。
表1降额等级的确定
因素 得分
可靠性要求 ?对于已经证实的设计，用标准部件或电路可以达到的系统1
?对于高可靠性要求，需要专门的设计特性2
?对于满足现代科技要求的新设计及新的方案3
系统修理 ?对于易接近的、快速和经济修理的系统1
?对于修理费用高、接近受限制的、需要高技术等级的、允许不能工作时间很短的系统2
?对于不能拆卸修理、得不到经济合理修理的系统3
安全性 ?对于常规的安全性大纲，没有预期问题的系统1
?对于系统或设备潜在的损坏费用高的系统2
?对于那些对工作人员的生命存在潜在危害的3
尺寸、重量 ?对于没有严格设计限制的、按照标准方法设计的系统1
?对于需要专门设计特性的，提要求困难的系统2
?对于需要新方案的、存在严格的设计限制的系统3
寿命周期 ?对于修理费用省、预期没有异常高备件费用的系统1
?对于修理费用可能较高的，或特别高费用备件的系统2
?对于可能需要完全替代的系统3
降额等级总分
I11～15
II7～10
III6或以下
4.5元器件的质量水平
必须根据产品可靠性要求选用适合质量等级的元器件。不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题。
5详细要求
5.1集成电路降额准则
5.1.1概述
集成电路分模拟电路和数字电路两类。根据其制造工艺的不同，可按双极性和MOS(CMOS)型，以及混合集成电路分类。
集成电路芯片的电路单元很小，在导体断面上的电流密度很大，因此在有源结点上可能有很高的温度。高结温是对集成电路破坏性最大的应力。集成电路降额的主要目的在于降低高温集中部分的温度，降低由于器件的缺陷而可能诱发失效的工作应力，延长部件的工作寿命。
中、小规模集成电路降额的主要参数是电压、电流或功率，以及结温。大规模集成电路主要是降低结温。
5.1.2应用指南
5.1.2.1所有为维持最低结温的措施都应考虑。可采取以下措施：
a)器件应在尽可能小的实用功率下工作；
b)为减少瞬态电流冲击应采用去耦电路；
c)当工作频率接近器件的额定频率时，功耗将会迅速增加，因此器件的实际工作频率应低于器件的额定频率；
d)应实施最有效的热传递，保证与封装底座间的低热阻，避免选用高热阻底座的器件。
5.1.2.2双极型数字电路电源电压须稳定，其容差范围如下：
a)II级降额:?5%
b)III级降额:按相关详细规范要求。
5.1.2.3主要参数的设计容差
为保证设备长期可靠的工作,设计应允许集成电路参数容差为：
模拟电路：
电压增益：-25%（运算放大器）
-20%（其他）
输入失调电压：+50%（低失调器件可达300%）
输入失调电流：+50%或+5nA
输入偏置电压：?1mV（运算放大器和比较器）
输出电压：?0.25%（电压调整器）
负载调整率：?0.20%（电压调整器）
数字电路：
输入反向漏电流：+100%
扇出：-20%
频率：-10%
5.1.3降额准则
5.1.3.1模拟电路
模拟电路降额准则见表2。其中：
a)电源电压从额定值降额；
b)输入电压从额定值降额；
c)输出电流从额定值降额；
d)功率从最大允许值降额；
e)结温降额给出了最高允许结温。

目录
1主题内容 5
2引用文件 5
3定义 5
3.1降额derating 5
3.2额定值rating 5
3.3应力stress 5
3.4应力比stressratio 5
4一般要求 5
4.1降额等级的划分 5
4.2降额的限度 6
4.3降额量值的调整 6
4.4降额等级的确定 6
4.5元器件的质量水平 7
5详细要求 7
5.1集成电路降额准则 7
5.1.1概述 7
5.1.2应用指南 7
5.1.3降额准则 8
5.1.4降额准则的应用 10
5.2晶体管降额准则 10
5.2.1概述 10
5.2.2应用指南 10
5.2.3降额准则 10
5.2.4降额准则的应用 11
5.3二极管降额准则 12
5.3.1概述 12
5.3.2应用指南 12
5.3.3降额准则 12
5.3.4降额准则的应用 13
5.4可控硅降额准则 13
5.4.1概述 13
5.4.2应用指南 13
5.4.3降额准则 13
5.4.4降额准则的应用 14
5.5半导体光电器件降额准则 14
5.5.1概述 14
5.5.2应用指南 14
5.5.3降额准则 14
5.5.4降额准则的应用 15
5.6电阻器降额准则 15
5.6.1合成型电阻器 15
5.6.2薄膜型电阻器 15
5.6.3电阻网络 16
5.6.4线绕电阻器 16
5.6.5热敏电阻器 17
5.7电位器降额准则 17
5.7.1非线绕电位器 17
5.7.2线绕电位器 18
5.8电容器降额准则 18
5.8.1固定纸/塑料薄膜电容器 18
5.8.2固定玻璃釉电容器 19
5.8.3固定云母电容器 19
5.8.4固定陶瓷电容器 20
5.8.5电解电容器 21
5.8.6可变电容器 21
5.9电感元件降额准则 22
5.9.1概述 22
5.9.2应用指南 22
5.9.3降额准则 22
5.10继电器降额准则 22
5.10.1概述 22
5.10.2应用指南 23
5.10.3降额准则 23
5.11开关降额准则 23
5.11.1概述 23
5.11.2应用指南 24
5.11.3降额准则 24
5.12电连接器降额准则 24
5.12.1概述 24
5.12.2应用指南 24
5.12.3降额准则 24
5.13导线与电缆降额准则 25
5.13.1概述 25
5.13.2应用指南 25
5.13.3降额准则 25
5.14白炽灯泡降额准则 26
5.14.1概述 26
5.14.2应用指南 26
5.14.3降额准则 26
5.15电路断路器降额准则 26
5.15.1概述 26
5.15.2应用指南 26
5.15.3降额准则 26
5.16保险丝降额准则 26
5.16.1概述 26
5.16.2应用指南 27
5.16.3降额准则 27
5.17晶体降额准则 27
5.17.1概述 27
5.17.2应用指南 27
5.17.3降额准则 27
5.18纤维光学器件降额准则 27
5.18.1概述 27
5.18.2应用指南 28
5.18.3降额准则 28
6说明事项 29
附录A率模型与降额准则的确定 30
附录B降额准则应用示例 31
附录C集成电路、晶体管、二极管结温与环境温度的关系 36
附录D功率线绕电阻器脉冲功率与脉冲宽度曲线及应用 37
附录E功率型线绕电阻器功率－散热面积曲线的应用 38
附录F电感元件热点温度的确定 38
附录G元器件降额准则一览表 39