电路板级可靠性设计(--单板、元器件)
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✓可以在设计初期验证方案是否可行 ✓可以为元器件的选型提供依据 ✓可以帮助设计者快速定位故障点
什么是降额
➢降额是使元器件使用中所承受的应力低于其额定值，以达到延缓参数退化， 增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。
➢两大问题：分级和选择降额参数 。 ➢常见应力：电应力、热应力、机械应力、环境应力、时间应力。 ➢依据：《GJB/Z 35-93 元器件降额准则》标准
电路板级可靠性设计( 单板、 元器件)
一、单板级可靠性 二、元器件降额 三、热设计
板级设计可靠性关注点
过渡过程
二阶系统的阶跃响应曲线 上升时间tr和超调量δ是一对矛盾，tr越小，则δ越大，反之，tr越大，则δ越小。
板级设计可靠性关注点
阻抗连续
走线线宽不一致
单板级的阻抗匹配方法
工程计算
工程计算的重要性
✓对MCU、驱动器件、电源转换器件、功率电阻、大功率的半导体分 立元件、开关器件类的能量消耗和转换器件，热测试都是必须的。
✓热测试：接触式和非接触式。热测试得到的仅是壳体表面温度，怎么 得到结温？
结温的计算
△T = Rj * Q
△T是硅片上的PN结到壳体表面的温度差（Tj-Ts），Ts即是测得的壳体 温度，单位℃ Rj是从PN结到壳体表面的热阻，从器件的datasheet上可以查到，单位 ℃/W Q是热耗，单位W。
可靠性电路实例
可靠性电路实例
可靠性电路实例
选择=结果
汇报结束 谢谢观看！ 欢迎提出您的宝贵意见！
来自百度文库耗
➢降耗是最原始最根本的解决方式 ➢低功耗设计：需要结合具体的设计进行分析 ➢器件选型时尽量选用发热小的元器件 ➢对温度敏感的特型元件进行温度补偿与控制
导热
➢热传递的三种方式：
✓辐射 ✓传导 ✓对流
传导散热实例
布局
元器件布局减小热阻的措施： ✓元器件安装在最佳自然散热的位置上 ✓元器件热流通道要短、横截面要大和通道中无绝热或隔热物 ✓发热元件分散安装 ✓元器件在印制板上竖立排放。
热耗的计算
能量转换类器件 DC-DC：Q = (1-μ)*Pin LDO：Q = (Vin-Vout)*Iout
非能量转换器件
TTL：静态功耗Ps MOS：动态功耗Pd
Ps = UI Pd = PT+PL
热设计的措施
➢一般的热设计思路有三个措施：降耗、导热、布局。
➢降耗：是不让热量产生 ➢导热：把热量导走 ➢布局：热没散掉但通过措施隔离热敏感器件
降额注意事项
➢不是降额越多越好 ➢不是什么指标都允许降额
热应力条件： 环境温度与器件温度
元器件负载特性曲线
➢从一些IC的datasheet上，我们会看到器件的应用温度范围很宽， 甚至有的达到150℃，于是认为如此高的适应温度范围可能热应 力而引起器件故障几乎是不会发生的了。
➢元器件温度负载特性曲线
➢电连接器的降额主要是工作电流的降额，其次是工作电压的降额。 降额程度根据触件间隙大小及直流和交流电源而定
➢晶体是驱动电压降额
热设计的重要性
✓误区：板子上没有感觉烫的器件因此不用做热设计与热分析。
✓举例说明：某两款笔记本电脑，某款I厂家的键盘，摸着温温的，不 热；另一款H厂家的，摸着键盘发烫。到底这两款哪家的散热更好？
✓低功率 ✓为减少瞬态电流冲击加去耦电路 ✓工作频率低于额定功率 ✓有效的热传递
晶体管二极管降额
➢晶体管是工作电流、工作电压、功耗、频率的降额 ➢普通二极管频率降额 ➢开关二极管的工作峰值反向电压 ➢变容二极管的击穿电压 ➢可控硅的工作浪涌电流及正向工作电流降额
继电器、连接器、晶体降额
➢继电器触点电流的降额，按容性负载、电感性负载及电阻性负载等 不同 负载性质做出不同比例的降额。对容性负载要按电路接通时峰 值电流进行降额
电阻降额
➢电阻类主要是功率降额，对高压应用环境还需电压降额 ➢电阻降额，不同工艺，降额不同。
✓合成型电阻 ✓薄膜电阻 ✓绕线电阻
电容降额
➢电容类主要是电压和功耗降额，有时考虑工作频率降额
集成电路降额
➢数字IC对其负载、应用频率降额 ➢集成电路主要是工作电流或工作电压的降额
集成电路电路单元小 ，导体断面电流密度大，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。 降低结温的措施：
什么是降额
➢降额是使元器件使用中所承受的应力低于其额定值，以达到延缓参数退化， 增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。
➢两大问题：分级和选择降额参数 。 ➢常见应力：电应力、热应力、机械应力、环境应力、时间应力。 ➢依据：《GJB/Z 35-93 元器件降额准则》标准
电路板级可靠性设计( 单板、 元器件)
一、单板级可靠性 二、元器件降额 三、热设计
板级设计可靠性关注点
过渡过程
二阶系统的阶跃响应曲线 上升时间tr和超调量δ是一对矛盾，tr越小，则δ越大，反之，tr越大，则δ越小。
板级设计可靠性关注点
阻抗连续
走线线宽不一致
单板级的阻抗匹配方法
工程计算
工程计算的重要性
✓对MCU、驱动器件、电源转换器件、功率电阻、大功率的半导体分 立元件、开关器件类的能量消耗和转换器件，热测试都是必须的。
✓热测试：接触式和非接触式。热测试得到的仅是壳体表面温度，怎么 得到结温？
结温的计算
△T = Rj * Q
△T是硅片上的PN结到壳体表面的温度差（Tj-Ts），Ts即是测得的壳体 温度，单位℃ Rj是从PN结到壳体表面的热阻，从器件的datasheet上可以查到，单位 ℃/W Q是热耗，单位W。
可靠性电路实例
可靠性电路实例
可靠性电路实例
选择=结果
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来自百度文库耗
➢降耗是最原始最根本的解决方式 ➢低功耗设计：需要结合具体的设计进行分析 ➢器件选型时尽量选用发热小的元器件 ➢对温度敏感的特型元件进行温度补偿与控制
导热
➢热传递的三种方式：
✓辐射 ✓传导 ✓对流
传导散热实例
布局
元器件布局减小热阻的措施： ✓元器件安装在最佳自然散热的位置上 ✓元器件热流通道要短、横截面要大和通道中无绝热或隔热物 ✓发热元件分散安装 ✓元器件在印制板上竖立排放。
热耗的计算
能量转换类器件 DC-DC：Q = (1-μ)*Pin LDO：Q = (Vin-Vout)*Iout
非能量转换器件
TTL：静态功耗Ps MOS：动态功耗Pd
Ps = UI Pd = PT+PL
热设计的措施
➢一般的热设计思路有三个措施：降耗、导热、布局。
➢降耗：是不让热量产生 ➢导热：把热量导走 ➢布局：热没散掉但通过措施隔离热敏感器件
降额注意事项
➢不是降额越多越好 ➢不是什么指标都允许降额
热应力条件： 环境温度与器件温度
元器件负载特性曲线
➢从一些IC的datasheet上，我们会看到器件的应用温度范围很宽， 甚至有的达到150℃，于是认为如此高的适应温度范围可能热应 力而引起器件故障几乎是不会发生的了。
➢元器件温度负载特性曲线
➢电连接器的降额主要是工作电流的降额，其次是工作电压的降额。 降额程度根据触件间隙大小及直流和交流电源而定
➢晶体是驱动电压降额
热设计的重要性
✓误区：板子上没有感觉烫的器件因此不用做热设计与热分析。
✓举例说明：某两款笔记本电脑，某款I厂家的键盘，摸着温温的，不 热；另一款H厂家的，摸着键盘发烫。到底这两款哪家的散热更好？
✓低功率 ✓为减少瞬态电流冲击加去耦电路 ✓工作频率低于额定功率 ✓有效的热传递
晶体管二极管降额
➢晶体管是工作电流、工作电压、功耗、频率的降额 ➢普通二极管频率降额 ➢开关二极管的工作峰值反向电压 ➢变容二极管的击穿电压 ➢可控硅的工作浪涌电流及正向工作电流降额
继电器、连接器、晶体降额
➢继电器触点电流的降额，按容性负载、电感性负载及电阻性负载等 不同 负载性质做出不同比例的降额。对容性负载要按电路接通时峰 值电流进行降额
电阻降额
➢电阻类主要是功率降额，对高压应用环境还需电压降额 ➢电阻降额，不同工艺，降额不同。
✓合成型电阻 ✓薄膜电阻 ✓绕线电阻
电容降额
➢电容类主要是电压和功耗降额，有时考虑工作频率降额
集成电路降额
➢数字IC对其负载、应用频率降额 ➢集成电路主要是工作电流或工作电压的降额
集成电路电路单元小 ，导体断面电流密度大，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。 降低结温的措施：