电子元件的降额
(整理)元器件降额使用参考
元器件降额使用参考一、集成电路因为集成电路的复杂性和保密性，一般我们只能根据半导体结温来推断集成电路的可靠性了。
我们通常规定：1，最大工作电压，不超过额定电压80%2，最大输出电流，不超过额定电流75%3，结温，最大85摄氏度，或不超过额定最高结温的80%二、二极管二极管种类繁多，特性不一。
故而，有通用要求，也有特别要求：通用要求：长期反向电压<70%～90%×V RRM（最大可重复反向电压）最大峰值反向电压<90%×V RRM正向平均电流<70%～90%×额定值正向峰值电流<75%～85%×I FRM正向可重复峰值电流对于工作结温，不同的二极管要求略有区别：信号二极管< 85～150℃玻璃钝化二极管< 85～150℃整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（<1000V）<85～125℃整流二极管和快恢复、超快恢复二极管（≥1000V）<85～115℃肖特基二极管< 85～115℃稳压二极管（<0.5W）<85～125℃稳压二极管（≥0.5W）<85～100℃T case(外壳温度)≤0.8×T jmax-2×θjc×P，2×θjc×P<15℃，θjc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。
这是一个可供参考的经验值三、功率MOSV GS<85%×V GSmax(最大栅极驱动电压)I D_peak<80%×I D_M(最大漏极脉冲电流)V DS<80～90%×额定电压dV/dt<50%～90%×额定值结温<85℃~80%×T jmax(最大工作结温)T case(外壳温度)≤0.8×T jmax-2×θjc×P，2×θjc×P<15℃，θjc是从结到壳的热阻，P是功率损耗。
电子产品的降额设计
电子产品的降额设计0000000000000降额设计有两大问题，一是分级，二是选择降额的参数。
降额分三个等级，Ι级降额最大，适用于故障危及安全、导致任务失败和造成重大经济损失的情况;II级降额居中，适用于故障使任务降级和增加不合理的维修费用;III级降额最小，适用于故障对任务完成影响很小和少量的维修。
降额考虑的主要因素是电应力和温度，电应力我们考虑得多，温度也经常被考虑到，但隐性温度条件常被忽视，比如环境温度是40℃，机箱内散热不好温度肯定会上升，设备周边如果有设备，工作时也会发热，也会导致温度上升，这部分就是隐性温度条件，也是不能不考虑降额的参考条件。
(见文末的备注1案例)降额等级的分类为系统设计和设计管理提供了思路，在项目设计开始，对系统整机的降额系数、各部分组成，确定出适宜的降额等级，然后根据相关标准查找对应的降额系数，因为有些特定行业的设计要求有其特殊要求，可以根据专标要求确定，如果没有专门要求的，推荐参考《GJB/Z35-93元器件降额准则》标准，关键部件、易坏部件的降额系数一定要给出一个明确的参考值来。
(见文末的备注2:降额系数的确定)，特别注意电容的降额曲线和运放的降额曲线不一样，注意分析其含义。
降额的参数要选取一般是电应力和热应力，对机械件还有力矩等，应力大小直接影响失效率的高低，而且不一定就只是主要性能指标才需要降额，要结合使用条件环境进行分析，确定哪个指标是受应力条件影响大的。
比如220V输入端的对地电容，耐压是一个降额的指标，另一个与安全有关的漏电流指标也很有必要考虑进去。
1、降额要考虑电路稳态工作、暂态过载、动态电应力几种条件下的应力;2、电阻类主要是功率降额，对高压应用环境还需电压降额;3、电容类主要是电压和功耗降额，有时考虑工作频率降额;4、数字IC对其负载、应用频率降额;5、线性与混合集成电路的降额主要是工作电流或工作电压的降额;6、微波IC主要是功率和频率的降额;7、晶体管是工作电流、工作电压、功耗、频率的降额;8、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;9、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。
元器件降额测试方法
元器件降额测试方法首先，进行元器件参数测试。
首先需要对元器件的电流、电压、温度等参数进行测试，例如测试元器件的额定工作电压、工作电流和工作温度范围等。
通过测试确定元器件的正常工作参数，为后续的测试提供基础数据。
其次，进行高低温测试。
高低温测试是指将元器件放置在高温和低温环境中进行测试，以验证元器件在极端温度条件下的可靠性和稳定性。
具体方法可以是将元器件放置在温度试验箱中，逐渐调整温度至高温或低温条件，持续一段时间，观察元器件的工作状况和性能变化。
测试过程中需要记录元器件的工作电流、电压等参数，并观察是否出现异常情况。
第三，进行湿热测试。
湿热测试是指将元器件放置在高温高湿的环境中进行测试，以验证元器件在湿热环境下的可靠性和稳定性。
具体方法可以是将元器件放置在湿热试验箱中，设置一定的温度和湿度条件，持续一段时间，观察元器件的工作状况和性能变化。
测试过程中同样需要记录元器件的工作电流、电压等参数，并观察是否出现异常情况。
第四，进行振动测试。
振动测试是指将元器件进行一定程度的振动，以验证元器件在振动环境下的可靠性和稳定性。
具体方法可以使用振动试验台或者振动台，将元器件固定在台面上，设置一定的振动频率和振幅，进行一段时间的振动测试，观察元器件的工作状况和性能变化。
测试过程中同样需要记录元器件的工作电流、电压等参数，并观察是否出现异常情况。
最后，进行加速老化测试。
加速老化测试是指将元器件在较高的工作条件下进行长时间的工作，以验证元器件在加速老化环境下的可靠性和稳定性。
具体方法可以是将元器件连续工作在较高电压、电流和温度条件下，持续一段时间，观察元器件的工作状况和性能变化。
测试过程中同样需要记录元器件的工作电流、电压等参数，并观察是否出现异常情况。
以上就是元器件降额测试的一些常见方法，通过这些测试可以验证元器件在不同工作条件下的可靠性和稳定性，为元器件的合理应用提供参考依据。
当然，在进行元器件降额测试时需要注意保证测试环境的准确性和可重复性，以及确保测试过程中不影响元器件的安全和正常工作。
元器件降额设计方法培训需求
元器件降额设计方法培训需求在现代电子产品的设计过程中，元器件的降额设计方法是至关重要的一环。
元器件的降额设计是指在电子产品设计中，针对元器件性能指标的过高、过低或过于精确，需要进行调整，使其满足设计要求的一种设计方法。
元器件的降额设计方法可以通过选用性能更好的元器件来实现。
对于某些特殊性能要求较高的电子产品，如果选择标准的元器件不能满足设计要求，可以通过选用性能更好的元器件来进行降额设计。
这样既能满足设计需求，又能提高产品性能。
元器件的降额设计方法可以通过修改电路参数来实现。
在电子产品设计过程中，通常会根据实际情况对电路参数进行调整，以达到最佳的性能指标。
如果某个元器件的性能超过了设计要求，可以通过适当调整电路参数，将其性能降低到设计要求范围内。
元器件的降额设计方法还可以通过改变信号处理方式来实现。
有时候，某个元器件的性能指标虽然高，但由于信号处理方式不合理，导致整个电子产品的性能指标无法满足设计要求。
此时可以通过改变信号处理方式，优化元器件的使用条件，从而实现降额设计。
另外，元器件的降额设计方法还可以通过加入补偿电路来实现。
有时候，某个元器件的性能指标无法满足设计要求，但又难以通过其他方法进行调整。
此时可以设计一定的补偿电路，来弥补元器件的性能不足，从而实现降额设计。
元器件的降额设计方法还需要考虑成本因素。
在电子产品设计过程中，成本是一个重要的考虑因素。
如果某个元器件的性能超过了设计要求，但价格过高，不符合产品的定位，也需要通过降额设计来选择合适的元器件。
综上所述，元器件的降额设计方法在电子产品设计中具有重要的意义。
通过选用性能更好的元器件、修改电路参数、改变信号处理方式、加入补偿电路等方法，可以实现元器件的降额设计，从而满足设计要求并控制成本。
在实际的设计过程中，设计人员需要根据具体情况选择合适的降额设计方法，以保证产品的性能和质量。
电子元器件降额设计研究
电子元器件降额设计研究作者：郭振铎郭炳赵凯来源：《电子技术与软件工程》2016年第01期本文首先对电子元器件的降额设计进行了概括说明，然后详细介绍了常用的各种元器件的降额等级和质量等级的划分，重点讨论了常用的电子元器件的降额设计准则，最后对降额设计进行举例说明。
【关键词】降额设计降额等级质量等级1 概述随着半导体技术的飞速发展，电子元器件以及与之相关的电子产品在工农业生产和社会生活中的应用越来越广泛，可靠性越来越受到电子研发设计人员的重视，作为提高产品可靠性的重要手段，降额设计已经成为电子产品设计人员必须面对的问题。
降额设计是为了提升电子设备的可靠性而采用的一种设计方法，主要是指构成电子设备的元器件使用中承受的应力（主要指电应力和温度应力）低于元器件本身的额定值，以达到延缓其参数退化，增加工作寿命，提高使用可靠性的目的。
在降额设计中，“降”的越多，要选用的元器件的性能就越好，成本也就越高，所以在降额设计中要综合考虑。
为此国家制订了“降额”通用准则。
但并不是所有的电子产品都可以“降额”，在实际设计过程中，应该注意如下方面：（1）不应当将标准所推荐的降额量值绝对化，应当根据产品的特殊性适当调整；（2）应当注意到，有些元器件的参数不能随便进行降额；（3）一般来说，对于电子元器件，其应用应力越降低越能提高其使用可靠性，但也不完全是这样。
（4）对元器件进行降额设计时，不能将承受的各种应力孤立看待，应当进行综合权衡。
（5）不能用降额补偿的办法解决低质量元器件的使用问题，低质量的元器件要慎重使用。
2 降额等级的划分2.1 降额等级通常电子元器件有一个最佳降额范围，在此范围内，电子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。
应按照设备可靠性要求、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。
元器件降额准则GJBZ 35-1993
元器件降额准则编号：WI-TE-006版次：V01编制：审核：批准：目录1.0目的--------------------------------------------------------------------------------42.0适用范围--------------------------------------------------------------------------43.0引用文件--------------------------------------------------------------------------44.0一般要求--------------------------------------------------------------------------45.0详细要求--------------------------------------------------------------------------56.0应用指南-------------------------------------------------------------------------131.0目的为了满足客户对产品可靠性和使用寿命的要求，本标准规定了电子、电气元器件（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。
2.0适用范围本准则适用于我司研发的所有电源产品3.0引用文件GJB/Z 35-1993元器件降额准则4.0一般要求4.1降额等级的划分我司降额等级分别从两方面来划分，一个主要从产品性能方面来考虑，另一个主要从产品经济效益方面来考虑。
首先，为适合我司对产品工作应力从稳态与瞬态两方面来进行要求和评估，从而制定两个降额等级：S—稳态应力降额，T—瞬态应力降额。
稳态应力是指在产品规格书中所规定的全电压输入范围、各种输出条件及环境条件下，产品稳定工作时，器件在某种组合条件下所承受的最大应力。
电子电路中电阻电容器件降额规范
电子电路中电阻电容等器件降额规范电阻器降额规范稳态功率与瞬态功率稳态功率功率降额是在相应的工作温度下的降额，即是在元件符合曲线所规定环境温度下的功率的进一步降额，采用P=V²/R公式进行计算。
为了保证电阻器的正常工作，各种型号的电阻厂家都通过试验确定了相应的降功率曲线，因此在使用过程中，必须严格按照降功率曲线使用电阻器。
当环境温度定于额定温度时（T<Ts）可以施加60%额定功率，不需要考虑温度降额。
当环境温度高于额定温度的时候，需要考虑温度降额，应该进一步降额功耗使用，P=PR(0.6+(Ts-T)/(Tmax-Ts))PR是额定功耗；T是环境温度；Tmax是零功耗时最高环境温度。
瞬态功耗不同厂家，电阻脉冲功耗和稳态功率的转换曲线不同，具体应用时，要查询转换缺陷，将瞬态功率转换为稳态功率，然后在此基础上降额。
厂家额定环境温度为70℃，低于这个温度的时候，直接按照60%进行降额。
当超过这个温度的时候，额定曲线是一个斜线。
降额曲线也按照，最大温度的降额为121℃，然后绘制一条红色的斜线，按照斜线进行降额。
瞬态降额只要时间足够短，电阻可以承受比额定功率大得多的瞬态功率。
要参考厂家资料中的最高过负荷电压参数，再在此基础上降额。
瞬态功耗，又要按照单脉冲和多脉冲，分别进行讨论和分析。
单脉冲：多脉冲：1、合成型电阻器1.1 概述合成型电阻器件体积小，过负荷能力强，但它们的阻值稳定性差，热和电流噪声大，电压与温度系数较大。
合成型电阻器的主要降额参数是环境温度、功率和电压。
1.2 应用指南a) 合成型电阻为负温度和负电压系数，易于烧坏。
因此限制其电压是必须的。
b) 在潮湿环境下使用的合成型电阻器，不宜过度降额。
否则潮气不能挥发将可能使电阻器变质失效。
c) 热点温度过高可能导致合成型电阻器内部的电阻材料永久性损伤。
d) 为保证电路长期工作的可靠性，电路设计应允许合成型电阻器有±15%的阻值容差。
5-可靠性设计-降额设计
1 概述
施加在电子元器件上的电应力，热应力大小直接影响电子元 器件的失效率高低。 爱林（Erying）模型，用来描述承受两种不同应力的寿命模 型，其中一种应力为温度。其一般形式为
寿命 τ=A/SnB exp(Ea/kT)
许多物理现象和化学反应过程，除了温度有关外，还与很多 非温度应力如电压、湿度、机械应力等密切相关，这时，需要 用Eyring模型。它是一种反应速度论模型，它描述了温度、电 压等多种应力和寿命之间的关系。
1.0
2.14×10-1 2.9×10-2 8.26×10-3 1.76×10-3 2.4×10-4
1.0
3.44×10-1 8.68×10-2 3.16×10-2 1.24×10-2 3.15×10-3
CA固定钽电容器
1.0
1.5×10-1 6.9×10-3 2.3×10-3 1.38×10-3
-
2.3 半导体光电器件
•高结温和结点高电压是影响可靠性最重要应力，结温受结点电 流或功率的影响。 •应对其结温、电压、电流进行降额。 •如同上述器件一样，如不满足结温降额要求，可对其电压、电 流进一步降额。
2 主要电子元器件降额应力选取
2.4 集成电路
•在集成电路芯片导体断面上的电流密度很大，致使结温很高，加 速了金属迁移过程及化学反应。 •其降额应从降低结温方面考虑。诸如减少实用功率、瞬态电流， 工作频率应低于额定频率，同时应考虑实施有效的热传递。 •对于线性电路主要降低电源电压（容差）、频率、输出电流、结 温。 •对于大规模集成电路，由于内部参数通常允许的变化范围很小， 应着重改进其封装散热方式，以降低器件的结温，尽可能降低其输 入电平及输出电流和工作频率。
1 概述
降额是有限度的。 超过最佳范围的更大降额，可靠性改善的相对效益下降。而 设备的重量、体积和成本会较快增加。 过度降额会使元器件的正常特性发生变化。 过度降额还可能引入新的失效机理，反而使设备的可靠性下 降。 不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题。
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电子元件的降额
降额这种技术通常用于电力及电子设备中，它使这些设备在低于额定最大值的功耗下运行，它同时考虑到外壳/机体温度、环境温度，以及所采用的冷却机制类型。
在本文中，我们将简要阐述降额的理论背景，以及它的应用方法。
降额可增加零件设计极限与外加应力间的安全裕度，从而为零件提供额外的保护。
通过对电气或电子元件应用降额，可以降低它的退化速率。
结果可提高可靠性及寿命期望。
在直觉上，如果一个元件或系统在其设计极限下运行，则相比于运行应力等于或高于设计极限的情形，其将更为可靠。
从理论上讲，降额的益处可运用负载-强度干涉理论来阐述。
负载-强度干涉
通常，失效发生于外加负载超过强度时。
负载与强度应通过一般方式来考虑。
对电子零件而言，“负载”可以指电压、功率，或是内部应力如结温。
“强度”可以指任何抵抗性的物理特性。
某一给定类型的电子元件并不相同。
它们具有强度可变性。
这种可变性源于原材料间及制造过程间的差异。
即使对于材料相同及制造过程相同的元件，仍然会因噪声因素而存在差异，这些因素有如微观材料缺陷，或是单一制造过程内的变动。
因此，元件的强度被视为随机变量。
施加于电子零件的负载如功率、温度或湿度，同样也是随机变量。
因此，人们通常运用统计分布来描述负载与强度。
可以运用两个因子，来分析负载与强度分布的干涉。
这两个因子为“安全裕度”（Safety Margin，SM）与“载荷粗糙度”（Loading Roughness，LR）。
[1]
安全裕度的定义如下：
其中L 与S 为负载与强度分布的平均值，σL 与σS 为负载与强度分布的标准差。
SM 是负载与强度平均值的相对间距。
载荷粗糙度可通过负载的标准差定义如下：
图1-3 给出了三个示例，它们显示了安全裕度与载荷粗糙度间的不同关系。
图 1 中的负载与强度分布是不重叠的，这显示的是高可靠性情境，其具有窄的分布、低的载荷粗糙度与高的安全裕度。
图1：具有大SM 与低LR 的不重叠负载与强度分布
图 2 显示了低的载荷粗糙度与低的安全裕度。
在这种情况下，极端负载将导致脆弱零件的失效。
图2：具有低SM 与低LR 的负载与强度分布
图 3 显示的情形具有低的安全裕度与高的载荷粗糙度。
这种情况是不合需要的，因为极端应力将导致总体中的大比例失效。
图3：具有低SM 与高LR 的负载与强度分布
由上面各图我们可看到，有几种可能的方式可用于提高总体的可靠性：通过提高安全裕度，或者通过减小负载及/或强度分布的宽度。
通常，通过提高平均强度来提高安全裕度成本很高；因此，截短负载分布不失为优选方法，因为其成本低廉。
实际上，降额就是一种负载分布截短方法。
降额标准
已有军事之类的机构发布了几种降额准则，以下是一些示例：
∙MIL-STD-975，由NASA 公布，适用于选择太空飞行硬件设计及建造中所用的零件，以及任务关键型地面支持设备。
∙MIL-STD-1547，由美国国防部公布，旨在协助一些电子系统的设计、开发及制造，当宇宙飞船及运载火箭在极端条件下运行时，这些系统有长寿命及/或高可靠性的要求。
∙AS4613，由美国海军公布，其提出的降额要求，旨在实现电子及机电零件的可靠应用。
∙NAVSEA TE000-AB-GTP-010，由美国海军公布，其包含的降额要求及零件选择、应用信息，涉及十种最常用的电气及电子零件。
∙ECSS-Q-30-11A，其在航天组件指导委员会与欧洲航天局的协同授权下进行编写和维护，其包含的降额要求适用于电子、电气及机电元件。
∙MSFC-STD-3012，由NASA 的Marshall 航天飞行中心编写，其提出的电气、电子及机电零件选择、管理及控制要求，适用于Marshall 航天飞行中心项目的航天飞行及任务关键型地面支持设备。
除了军事机构公布的降额标准之外，许多半导体制造商如Freescale 及Hitachi，也提出了自己的降额准则，这些准则融入到电子零件的产品说明书或应用说明中。
对于相同的组件而言，不同标准中的降额参数可能会有差异。
在下面的示例中，我们将MIL-STD-975M 用于一种电阻器。
所用的软件包是ReliaSoft 的Lambda Predict。
示例
表 1 给出了电阻器的特性及降额规范。
图 4 是来自Lambda Predict 的降额输出结果。
表1：固定碳电阻器的MIL-STD 975M 降额规范
图4：Lambda Predict 2 中的固定碳电阻器降额示例
在图 4 中，绿线是由MIL-STD-975M 给出的降额曲线。
蓝点显示了电阻器在规定工作条件下的工作温度及功率比。
对于所显示的情形，电阻器的降额是适当的，因为功率比低于电阻器工作温度的降额线。
但是，如果点位于降额曲线上方，则工作条件下的应力将不符合MIL-STD-975M 给出的降额要求。
这将意味着电阻器可能会失效；因此，可能须要更换额定值更高的电阻器，或是调整运行条件。