第5章 元器件使用可靠性控制(2015)
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Baidu Nhomakorabea用等过程的质量控制所决定
v 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 2015/10/19
元器件质量等级示例
GJB299C对质量等级的划分
元器件类别
质量等级分级（从高到低）
半导体集成电路
A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2
混合集成电路 半导体分立器件 电阻器* 电容器**
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
8 2015/10/19
元器件质量等级示例
10 2015/10/19
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。
11 2015/10/19
（有公共清除端）
40MHz
5 四S－R锁存器
JT54LS279 VCC=5V; ICC≤3.8mA; tpd≤12ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
生产厂家 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂
17 2015/10/19
6 2015/10/19
元器件质量与质量等级
v 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
2 2015/10/19
元器件可靠性基本概念
v 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。
v 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。
有可靠性指标的继电器
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。
12 2015/10/19
元器件的失效率
v 失效率
PPL的制定
18 2015/10/19
军用元器件使用质量管理的必要性
目前，型号上出现的故障中，元器件问题已经成为影响 装备产品可靠性的主要问题之一，而近一半的元器件失效并 非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元 器件选择不当或使用有误。
失效分类 固有缺陷失效 使用不当失效 原因不明失效
5 2015/10/19
元器件可靠性基本概念
固固有有可可靠靠性性
使使用用可可靠靠性性
元元器器件件通通过过设设计计和和 制制造造等等工工作作表表现现的的可可 靠靠性性特特征征，，是是元元器器件件 承承研研单单位位和和生生产产厂厂的的 任任务务。。
元元器器件件在在使使用用过过程程 中中表表现现的的可可靠靠性性特特 征征，，是是设设备备承承制制方方和和 用用户户的的任任务务。。
失效数（例） 1659 2086 481
比例（%） 39.3 49.3 11.4
19 2015/10/19
使用不当案例
• 设计选用不当
(1) 火控计算机FCC 在第13个循环时，出现低温下＋5V无输出，故障模式为3CK2E三极管内引
线断开。 经失效分析是由于器件采用胶粘工艺制造，其有机内涂料与器件 芯片内引线材料的热配合性差，在综合应力作用下，内引线脱焊，因此此器 件不宜用于航空产品。
A4
电子元器件质量认证委员会认证合格 技术条件组织生产的I、IA类 0.25
的II类产品;
产品
符合SJ331 的I、IA类产品
按GJB597A筛选要求进行筛选的B2质 按“七九○五“七专质量控制
B B1
量等级的产品； 符合GB4589.1的II类产品
技术协议组织生产的产品
0.5
符合SJ331的II类产品
四 2 选 1 数据选择器
3 （3S）
JT54LS257 VCC=5V; ICC≤9.4mA; tpd≤10.5ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
4
八上升沿 D 触发器
VCC=5V; ICC ≤ 17mA;fmax ≥
JT54LS273
B1
QZJ840614，GJB4589.1 D20,J20
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。
4 2015/10/19
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。
1 动器（OC，15V）
JT54LS247 VCC=5V; ICC≤7mA; tpd≤100ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
8 选 1 数据选择器
2
JT54LS251 VCC=5V; ICC≤6.6mA; tpd≤28.5ns
（3S，互补输出）
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
MIL-STD-975《NASA标准电子元器件清单》 MIL-HDBK-979《宇航用标准元器件数据手册》 《航天型号元器件优选目录》 《XX工程元器件优选目录》
16 2015/10/19
PPL示例
XX型号电子元器件优选目录
序号
名称
型号
主要性能参数
质量 技术标准
等级
封装形式
BCD-7 段译码器/驱
21 2015/10/19
主要工作项目
v 元器件的选择管理 v 元器件的采购管理 v 监制验收管理 v 二次筛选管理 v 破坏性物理分析管理 v 失效分析管理 v 使用质量管理 v 元器件的储存管理 v 元器件的评审管理
22 2015/10/19
元器件选择原则
除了考虑功能、性能要求外，还应考虑装备的可靠性要求： （1）元器件的技术标准（包括技术性能指标、质量等级等）应
金属膜电阻器的工作失效率λP计算公式如下：
λP=λbπEπQπR
(1)
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
表4-2 半导体集成电路质量等级与质量第数πQ
质量等级
质量要求说明
质量要求补充说明
πQ
A1
符合GJB597A列入质量认证合格产品
目录的S级产品
A A2
符合GJB597A列入质量认证合格产品
0.1
目录的B级产品
A3
符合GJB597A列入质量认证合格产品
0.14
目录的B1级产品
符合GB4589.1的III类产品，或经中国 按QZJ840614-840615“七专”
25 2015/10/19
优选目录外元器件的选用控制
23 2015/10/19
元器件质量等级的选择
(1) 型号规定设备允许采用的元器件最低质量等级。 (2) 各种不同设备或同一设备可以采用不同质量等级的元器件。 (3) 型号中关键或重要设备应采用高质量等级的元器件。 (4) 当设备可靠性预计达不到规定值时，可进一步提高所选的元 器件质量等级。 (5) 不能盲目地选择质量等级过高的元器件，这样会使型号研制 和生产成本增加。
措施：现改用表面钝化空封工艺的晶体三极管，作了相应的设计更改。 (2) IFU接口组件
在第12个循环时，出现高温启动不正常。 经失效分析：CA30－25V－ 1500uf电容器钽液溢出，该电容为非密封结构，不宜用在航空产品上。
措施：改用密封的固态钽电容。
20 2015/10/19
军用元器件使用质量管理的流程
B2
符合GB4589.1的I类产品
符合SJ331的III类产品
1.0
C C1 C2
2015/10/19
低档产品
符合SJ331的IV类产品
4.0 14.0
9
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。
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@buaa.edu.cn 2015年10月20日
2015/10/19
1
本章内容提要
1 元器件可靠性与质量的相关概念 2 军用元器件使用质量管理的必要性 3 军用元器件使用质量管理的流程 4 军用元器件使用质量管理的主要
工作项目简介
满足装备的要求。 （2）首先从该型号的“元器件优选目录”中选择。 （3）在满足性能、质量要求前提下，应优先选用国产元器件。 （4）选择经实践证明质量稳定、可靠性高有发展前途的标准元
器件，不允许选择淘汰品种的元器件。 （5）选择设备适用的元器件质量等级，并应满足设备可靠性指
标要求和规定的元器件选择最低质量等级要求。
(2)
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。
15 2015/10/19
元器件优选目录PPL
由型号总体单位按有关标准规定的要求内容和程序制定，为了使设备的设 计人员能择优选择元器件品种、规格和生产厂，并控制选择的元器件质量等 级，以及压缩元器件品种、规格和生产厂，达到保证元器件的使用质量，减少 保障费用的目的。
24 2015/10/19
元器件最低质量等级的建议
国产元器件质量等级从高到低依次是国军标、七专、工业、 民用（低档） 。
其中： 国军标等级又分A1、A2、A3、A4…A6；B1、B2；C 在航空系统中，元器件应选GJB/Z299C上规定B1质量等级。
用于航空的进口元器件质量等级应为B-1、 JANTX、P级及 其以上
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
2015/10/19
失效率等级代号
GB/T1772-79
GJB2649-96
Y
L
W
M
L
P
Q
R
B
S
J
-
S
-
最大失效率(1/h)
3×10-5 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
14
质量等级对产品可靠性的影响
进口元器件质量等级示例
表 2-7 美国元器件质量等级标志（217F）
元器件
质量等级标志
微电路
S、B、B-1
其它：以筛选等级表示其质量
半导体分立器件*
JANTXV、JANTX、JAN
有可靠性指标的电容器**
D、C、S、R、B、P、M、L
有可靠性指标的电阻器
S、R、P、M
有可靠性指标的变压器、线圈
S、R、P、M
§ 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：
λ
=
r n(t )∆(t )
v 常用的失效率单位是1／h，
v 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。
13 2015/10/19
元器件的失效率
v 失效率等级 v 国标GB/T1772-79《电子元器件失效率试验方法》
3 2015/10/19
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
v 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 2015/10/19
元器件质量等级示例
GJB299C对质量等级的划分
元器件类别
质量等级分级（从高到低）
半导体集成电路
A1、A2、A3、A4、B1、B2、C1、C2
混合集成电路 半导体分立器件 电阻器* 电容器**
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
8 2015/10/19
元器件质量等级示例
10 2015/10/19
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。
11 2015/10/19
（有公共清除端）
40MHz
5 四S－R锁存器
JT54LS279 VCC=5V; ICC≤3.8mA; tpd≤12ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
生产厂家 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂 871、873 厂
17 2015/10/19
6 2015/10/19
元器件质量与质量等级
v 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
2 2015/10/19
元器件可靠性基本概念
v 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。
v 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。
有可靠性指标的继电器
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。
12 2015/10/19
元器件的失效率
v 失效率
PPL的制定
18 2015/10/19
军用元器件使用质量管理的必要性
目前，型号上出现的故障中，元器件问题已经成为影响 装备产品可靠性的主要问题之一，而近一半的元器件失效并 非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元 器件选择不当或使用有误。
失效分类 固有缺陷失效 使用不当失效 原因不明失效
5 2015/10/19
元器件可靠性基本概念
固固有有可可靠靠性性
使使用用可可靠靠性性
元元器器件件通通过过设设计计和和 制制造造等等工工作作表表现现的的可可 靠靠性性特特征征，，是是元元器器件件 承承研研单单位位和和生生产产厂厂的的 任任务务。。
元元器器件件在在使使用用过过程程 中中表表现现的的可可靠靠性性特特 征征，，是是设设备备承承制制方方和和 用用户户的的任任务务。。
失效数（例） 1659 2086 481
比例（%） 39.3 49.3 11.4
19 2015/10/19
使用不当案例
• 设计选用不当
(1) 火控计算机FCC 在第13个循环时，出现低温下＋5V无输出，故障模式为3CK2E三极管内引
线断开。 经失效分析是由于器件采用胶粘工艺制造，其有机内涂料与器件 芯片内引线材料的热配合性差，在综合应力作用下，内引线脱焊，因此此器 件不宜用于航空产品。
A4
电子元器件质量认证委员会认证合格 技术条件组织生产的I、IA类 0.25
的II类产品;
产品
符合SJ331 的I、IA类产品
按GJB597A筛选要求进行筛选的B2质 按“七九○五“七专质量控制
B B1
量等级的产品； 符合GB4589.1的II类产品
技术协议组织生产的产品
0.5
符合SJ331的II类产品
四 2 选 1 数据选择器
3 （3S）
JT54LS257 VCC=5V; ICC≤9.4mA; tpd≤10.5ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
4
八上升沿 D 触发器
VCC=5V; ICC ≤ 17mA;fmax ≥
JT54LS273
B1
QZJ840614，GJB4589.1 D20,J20
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。
4 2015/10/19
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。
1 动器（OC，15V）
JT54LS247 VCC=5V; ICC≤7mA; tpd≤100ns
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
8 选 1 数据选择器
2
JT54LS251 VCC=5V; ICC≤6.6mA; tpd≤28.5ns
（3S，互补输出）
B1 QZJ840614，GJB4589.1 D16,J16
MIL-STD-975《NASA标准电子元器件清单》 MIL-HDBK-979《宇航用标准元器件数据手册》 《航天型号元器件优选目录》 《XX工程元器件优选目录》
16 2015/10/19
PPL示例
XX型号电子元器件优选目录
序号
名称
型号
主要性能参数
质量 技术标准
等级
封装形式
BCD-7 段译码器/驱
21 2015/10/19
主要工作项目
v 元器件的选择管理 v 元器件的采购管理 v 监制验收管理 v 二次筛选管理 v 破坏性物理分析管理 v 失效分析管理 v 使用质量管理 v 元器件的储存管理 v 元器件的评审管理
22 2015/10/19
元器件选择原则
除了考虑功能、性能要求外，还应考虑装备的可靠性要求： （1）元器件的技术标准（包括技术性能指标、质量等级等）应
金属膜电阻器的工作失效率λP计算公式如下：
λP=λbπEπQπR
(1)
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
表4-2 半导体集成电路质量等级与质量第数πQ
质量等级
质量要求说明
质量要求补充说明
πQ
A1
符合GJB597A列入质量认证合格产品
目录的S级产品
A A2
符合GJB597A列入质量认证合格产品
0.1
目录的B级产品
A3
符合GJB597A列入质量认证合格产品
0.14
目录的B1级产品
符合GB4589.1的III类产品，或经中国 按QZJ840614-840615“七专”
25 2015/10/19
优选目录外元器件的选用控制
23 2015/10/19
元器件质量等级的选择
(1) 型号规定设备允许采用的元器件最低质量等级。 (2) 各种不同设备或同一设备可以采用不同质量等级的元器件。 (3) 型号中关键或重要设备应采用高质量等级的元器件。 (4) 当设备可靠性预计达不到规定值时，可进一步提高所选的元 器件质量等级。 (5) 不能盲目地选择质量等级过高的元器件，这样会使型号研制 和生产成本增加。
措施：现改用表面钝化空封工艺的晶体三极管，作了相应的设计更改。 (2) IFU接口组件
在第12个循环时，出现高温启动不正常。 经失效分析：CA30－25V－ 1500uf电容器钽液溢出，该电容为非密封结构，不宜用在航空产品上。
措施：改用密封的固态钽电容。
20 2015/10/19
军用元器件使用质量管理的流程
B2
符合GB4589.1的I类产品
符合SJ331的III类产品
1.0
C C1 C2
2015/10/19
低档产品
符合SJ331的IV类产品
4.0 14.0
9
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。
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@buaa.edu.cn 2015年10月20日
2015/10/19
1
本章内容提要
1 元器件可靠性与质量的相关概念 2 军用元器件使用质量管理的必要性 3 军用元器件使用质量管理的流程 4 军用元器件使用质量管理的主要
工作项目简介
满足装备的要求。 （2）首先从该型号的“元器件优选目录”中选择。 （3）在满足性能、质量要求前提下，应优先选用国产元器件。 （4）选择经实践证明质量稳定、可靠性高有发展前途的标准元
器件，不允许选择淘汰品种的元器件。 （5）选择设备适用的元器件质量等级，并应满足设备可靠性指
标要求和规定的元器件选择最低质量等级要求。
(2)
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。
15 2015/10/19
元器件优选目录PPL
由型号总体单位按有关标准规定的要求内容和程序制定，为了使设备的设 计人员能择优选择元器件品种、规格和生产厂，并控制选择的元器件质量等 级，以及压缩元器件品种、规格和生产厂，达到保证元器件的使用质量，减少 保障费用的目的。
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元器件最低质量等级的建议
国产元器件质量等级从高到低依次是国军标、七专、工业、 民用（低档） 。
其中： 国军标等级又分A1、A2、A3、A4…A6；B1、B2；C 在航空系统中，元器件应选GJB/Z299C上规定B1质量等级。
用于航空的进口元器件质量等级应为B-1、 JANTX、P级及 其以上
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
2015/10/19
失效率等级代号
GB/T1772-79
GJB2649-96
Y
L
W
M
L
P
Q
R
B
S
J
-
S
-
最大失效率(1/h)
3×10-5 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
14
质量等级对产品可靠性的影响
进口元器件质量等级示例
表 2-7 美国元器件质量等级标志（217F）
元器件
质量等级标志
微电路
S、B、B-1
其它：以筛选等级表示其质量
半导体分立器件*
JANTXV、JANTX、JAN
有可靠性指标的电容器**
D、C、S、R、B、P、M、L
有可靠性指标的电阻器
S、R、P、M
有可靠性指标的变压器、线圈
S、R、P、M
§ 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：
λ
=
r n(t )∆(t )
v 常用的失效率单位是1／h，
v 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。
13 2015/10/19
元器件的失效率
v 失效率等级 v 国标GB/T1772-79《电子元器件失效率试验方法》
3 2015/10/19
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