GJB Z 299C-2006 电子设备可靠性预计手册.pdf - 第20页

13 GJB/Z.2 99C- 2006 4 .4 元 器件 质量等级 和质量系 数 元器件 质量 直接影响 其失效 率， 不同质 量等级对 元器 件失效 率的影响 程度以质量系 数πQ来表示， 从而 ，元器 件工作 失效 率模型 中的 π Q值 取决于元器 件的质量等级 。 在元器件的标准中一般都规定了元器件在制造、检验及筛选过程中的质量控制水准，按此不同控制 水准组织生产和管理的产品，具有不同 的质量档次。于是，产品标准是划分其质 …

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电子设备可靠性预计的一般程序如下：
a) 先划分可靠性预计单元，后建立系统可靠性模型。预计单元在电路功能上相对独立，其可靠性
模型一般为串联结构。
b) 计算各预计单元内元器件的工作失效率。对于采用元器件应力分析可靠性预计法的，按第5
章提供的工作失效率模型计算其工作失效率；对于采用元器件计数可靠性预计法的，则由第6
章的通用失效率乘以通用质量系数，便得到某一种类元器件工作失效率的通常值。
c) 将预计单元内各种类元器件的工作失效率相加，由此得出预计单元的失效率。
d) 按设备、系统的可靠性模型逐级预计设备、系统的平均故障间隔时间等可靠性指标。
4.3 环境分类
电子设备应用环境分类及其说明见表4.3-1。某些设备在使用过程中可能遇到多种环境，此时可靠
性预计应按各个环境类别分别进行。如航天设备的应用环境，包括射入、轨道飞行、再入和返回的环境。
表4 . 3- 1 环境分类
环境类别
说 明
地面良好
能保持正常气候条件，机械应力接近于零的地面良好环境，其维护条件良好，如有温湿
度控制的实验室或大型地面站等
导弹发射井
发射井中的导弹及其辅助设备所处的环境
一般地面固定
在普通的建筑物内或通风较好的固定机架上，受振动、冲击影响很小的环境条件，如固
定雷达、通信设备和电视机、收录机等家用电器所处的环境
恶劣地面固定
只有简陋气候防护设施的地面环境或地下坑道，其环境条件较恶劣，如高温，低温，温
差变化大、高湿，霉菌、盐雾和化学气体等
平稳地面移动
在比较平稳的移动状态下，有所振动与冲击，如在公路上行驶的专用车辆及火车车厢环
境
剧烈地面移动
安装在履带车辆上，在较剧烈的移动状态下工作，受振动、冲击影响较大，通风及温湿
度控制条件受限制，使用中维修条件差。如装甲车内的环境条件
背 负
由人携带的越野环境，维护条件差
潜 艇
潜艇内的环境条件
舰船良好舱内
行驶时较为平稳，且受盐雾、水汽影响较小的舰船舱内，如近海大型运输船和内河船只
的空调舱
舰船普通舱内
能防风雨的普通舰船舱内，常有较强烈的振动和冲击，如水面战船舱内或甲板以下的环
境
舰船舱外
舰船甲板上的典型环境，经常有强烈的冲击和振动，包括无防护、暴露于风雨下的环境
战斗机座舱
战斗机飞行员座舱环境，无太高的温度、压力和过于强烈的冲击振动
战斗机无人舱
有高温、高压、强烈的冲击与振动等恶劣环境条件，如战斗机机身、机尾、机翼等部位
的设备舱、炸弹舱
运输机座舱
运输机空勤人员的座舱环境
运输机无人舱
运输机上无环境条件控制的非载人区域环境
直 升 机
在带旋转翼直升机机内或机外安装的环境
宇宙飞行
在地球轨道上飞行，不包括动力飞行和重返大气层，如卫星中电子设备的安装环境
导弹发射
由于导弹发射，火箭飞行、射入轨道及重返大气层或降落伞着陆等引起的噪声、振动、
冲击及其他恶劣的环境条件
导弹飞行
与吸气助燃推进导弹、巡航导弹的动力飞行和处于无动力自由飞行导弹相关的环境条件
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4.4 元器件质量等级和质量系数
元器件质量直接影响其失效率，不同质量等级对元器件失效率的影响程度以质量系数πQ来表示，
从而，元器件工作失效率模型中的 πQ值取决于元器件的质量等级。
在元器件的标准中一般都规定了元器件在制造、检验及筛选过程中的质量控制水准，按此不同控制
水准组织生产和管理的产品，具有不同的质量档次。于是，产品标准是划分其质量等级的主要依据。此
外，由于一些设备仍需采购按已宣布作废或被替代的标准，或按供需双方确认的技术协议和型号工程附
加质量要求等进行生产的元器件，因而在质量等级及系数表的“质量要求补充说明”栏目中给出相关标
准和技术协议。
据此，在第5章中对各大类元器件，分别列出其质量等级及质量系数表，规定了不同质量等级产品
所遵循的产品标准或其他质量要求。但由于一些高质量等级的标准尚无相应的产品，故其质量系数值暂
空缺。
在使用质量等级表时应注意如下几点：
a) 对已列入军用电子元器件质量认证合格产品目录的产品，若累积维持试验结果表明其可靠性水
平比鉴定试验时提高了一个数量级，则其πQ值可在原来的质量等级中适当减小质量系数值：
b) 按型号工程附加技术条件或附加质量要求，对产品进行更为严格考核试验，其质量系数π可
在原来的质量等级中适当减小质量系数值，一般可降至原πQ值的3/4～1/2;
c) 低档产品指没有完全执行一定的生产标准或无明确的质量控制要求的产品。
4.5 设备中有进口元器件时的可靠性预计
当同一设备中同时采用进口元器件和国产元器件时，需利用第5章或第6章的方法，对国产元器件
进行预计，获得其失效率四；然后用附录A 或其他能够反映进口元器件失效率水平的标准对进口元
器件进行预计，获得其失效率入口；再依据设备的可靠性模型计算其总的失效率。
5 元器件应力分析可靠性预计法
5.1 概述
除微电路(见5.2)外，大多数元器件的工作失效率 预计模型都为基本失效率石与E,Q 等一 系
列π系数相连乘的形式。在元器件种类条文中提供了拓与温度T、电应力比S 的关系模型，并以“T-S”
表和曲线图的形式给出了不同应力下的A 值，以及有关的π系数值。预计时，要求预先分析元器件工
作环境温度T 和电应力比(负荷率)S, 以便用“T-S” 表或曲线图查得九值。在此基础上，根据所确定
的设备工作环境类别和元器件质量等级等，查其相应的π系数值，进而计算元器件的p 以至设备的可
靠性预计值。
5.2 微电路
5.2.1 概述
本条对半导体单片集成电路、混合电路以及声表面器件提供可靠性预计：
a) 半导体单片集成电路，包括：
1)半导体单片数字电路，包括：
①TTL,ASTTL、ALSTTL、LSTTL、HTTL,FTTL、ECL、ⅢL 等双极工艺制作的数字
电路；
②MOS 数字集成电路。包括在蓝宝石、多晶硅、单品硅等各种衬底上采用NMOS,PMOS、
MNOS,CMOS、HCMOS,HCTMOS,FCTMOS、ACTMOS 等 MOS 工艺制作的数
字电路；
③PLA 、PAL、PLD、FP GA 等可编程逻辑器件。
2)半导体单片模拟电路。包括双极、MOS、BiCMOS 模拟电路。
3)微处理器。包括CPU 、数字信号处理器(DSP) 、微控制器。
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4)存储器。包括双极、MOS 工艺制作的SRAM、DRAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、
FLASH、FIFO 存储器和电荷耦合(CCD) 等器件。
5)砷化镓微波单片集成电路(GaAs MMIC)。
b) 混合集成电路。
c) 声表面波器件。
各类微电路复杂程度的表征：
半导体单片数字电路、PLA、PAL、PLD 和 FPGA, 以门数表示它们的复杂程度：微处理器(CPU) 、
DSP、微控制器以晶体管数表示它们的复杂程度；单片模拟电路以晶体管数表示它们的复杂程度；存储
器以位数表示它们的复杂程度，砷化镓微波单片集成电路以晶体管数表示它们的复杂度。
在本条中，门是指：与、或、与非、与或、或非、异或和反相等逻辑功能中的任何一种。如果没有
逻辑图，则采用下式通过电路的晶体管数来确定其门数：
双极型电路：门数=晶体管数/3;
CMOS 电路：门数=品体管数/3.75;
其 他MOS 电路：门数=品体管数/3;
J-K 或 R-S 触发器等效于8个门， T 或 D 型触发器等效于6个门。
5.2.2 半导体单片集成电路
各类电路工作失效率预计模型见表5.2.2-1.
表5.2.2-1半导体单片集成电路的工作失效率模型
类 别
工作失效率预计模型
单片数字电路
Ap=xQ[Ciπv+(C₂+C)E]nL
单片模拟电路
λp=πQ[CTπy+(C₂+C)E]πL
微处理器
Ap=πQ[CTπy+(C₂+C;)e]L
存
储
器
SR A M 、 D R A M 、 R O M , F I FO 及 CC D
p=zQ[Grπv+(C₂+C)πE]L
PROM
p=zQ[CTπVtpr+(C₂+C₃)πE]aL
UVEPROM,EEPROM,FLASH
Ap=xQ[CTVtcYc+(C₂+C)zeln
砷化镓微波单片集成电路(GaAs MMIC)
Ap=xq[CITAp+CGmElL
Ap—工作失效率，10
⁶
h;
E——环境系数，见表5.2.2-2;
Q——质量系数，见表5.2.2-3;
L——成熟系数，见表5.2.2-4;
——温度应力系数，见表5.2.2-6至表5.2.2-13。其值取决于电路的工艺和电路的结温T。
T,为电路处于最恶劣状态时的结温，℃,可用式(5.2.2-1)计算。
I=Tc+Rag-aP… …(5.2.2-1)
式 中 ；
Tc——管壳温度，℃,若不能确定，可参考表5.2.2-5a)所给出的值；
Rag-——结到管壳的热阻，℃/W,若不能确定，可参考表5.2.2-5b)所列的值；
P——系统处于最恶劣状态时，电路所承受的功率，W,如功率值未知，则采用相应电路规范的最大
功耗：
——电压应力系数，见表5.2.2-14至表5.2.2-15;
其Pr——PROM电路的可编程工艺系数，见表5.2.2-16;