PCBA可靠性设计

电路板级可靠性设计一、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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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/Z35-93元器件降额准则》标准什么是降额不是降额越多越好不是什么指标都允许降额降额注意事项热应力条件：环境温度与器件温度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。元器件负载特性曲线元器件温度负载特性曲线电阻降额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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：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晶体管二极管降额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继电器、连接器、晶体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？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？△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℃/WQ是热耗，单位W。结温的计算△T=Rj*Q能量转换类器件热耗的计算非能量转换器件DC-DC：Q=(1-μ)*PinLDO：Q=(Vin-Vout)*IoutTTL：静态功耗PsMOS：动态功耗PdPs=UIPd=PT+PL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热设计的措施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降耗导热热传递的三种方式：辐射传导对流传导散热实例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。布局元器件布局减小热阻的措施：可靠性电路实例可靠性电路实例可靠性电路实例