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          電子元器件選擇和應用


          電子元器件在選用時至少應遵循下列準則:

          1. 元器件的技術條件、技術性能、質量等級等均應滿足裝備的要求;

          2. 優先選用經實踐證明質量穩定、可靠性高、有發展前途的標準元器件,不允許選用淘汰品種和禁用的元器件;

          3. 應最大限度地壓縮元器件品種規格和生產廠家;

          4. 未經設計定型的元器件不能在可靠性要求高的軍工產品中正式使用;

          5.優先選用有良好的技術服務、供貨及時、價格合理的生產廠家的元器件。對關鍵元器件要進行用戶對生產方的質量認定;

          6. 在性能價格比相等時,應優先選用國產元器件。

          電子元器件在應用時應重點考慮以下問題,并采取有效措施,以確保電子元器件的應用可靠性:

          1. 降額使用。經驗表明,元器件失效的一個重要原因是由于它工作在允許的應力水平之上。因此為了提高元器件可靠性,延長其使用壽命,必須有意識地降低施加在元器件上的工作應力(電、熱、機械應力),以使實際使用應力低于其規定的額定應力。這就是降額使用的基本含義。

          2. 熱設計。電子元器件的熱失效是由于高溫導致元器件的材料劣化而造成。由于現代電子設備所用的電子元器件的密度越來越高,使元器件之間通過傳導、輻射和對流產生熱耦合,熱應力已成為影響元器件可靠性的重要因素之一。因此在元器件的布局、安裝等過程中,必須充分考慮到熱的因素,采取有效的熱設計和環境保護設計。

          3. 抗輻射問題。在航天器中使用的元器件,通常要受到來自太陽和銀河系的各種射線的損傷,進而使整個電子系統失效,因此設計人員必須考慮輻射的影響。目前國內外已陸續研制了一些抗輻射加固的半導體器件,在需要時應采用此類元器件。

          4. 防靜電損傷。半導體器件在制造、存儲、運輸及裝配過程中,由于儀器設備、材料及操作者的相對運動,均可能因磨擦而產生幾千伏的靜電電壓,當器件與這些帶電體接觸時,帶電體就會通過器件“引出腿”放電,引起器件失效。不僅MOS器件對靜電放電損傷敏感,在雙極器件和混合集成電路中,此項問題亦會造成嚴重后果。

          5. 操作過程的損傷問題。操作過程中容易給半導體器件和集成電路帶來機械損傷,應在結構設計及裝配和安裝時引起重視。如引線成形和切斷,印制電路板的安裝、焊接、清洗,裝散熱板、器件布置、印制電路板涂覆等工序,應嚴格貫徹電裝工藝規定。

          6. 儲存和保管問題。儲存和保管不當是造成元器件可靠性降低或失效的重要原因,必須予以重視并采取相應的措施。如庫房的溫度和濕度應控制在規定范圍內,不應導致有害氣體存在;存放器件的容器應采用不易帶靜電及不引起器件化學反應的材料制成;定期檢查有測試要求的元器件等。

          半導體集成電路選擇應按如下程序和要求進行:

          1. 根據對應用部位的電性能以及體積、價格等方面的要求,確定所選半導體集成電路的種類和型號;

          2. 根據對應用部位的可靠性要求,確定所選半導體集成電路應執行的規范(或技術條件)和質量等級;

          3. 根據對應用部位其他方面的要求,確定所選半導體集成電路的封裝形式、引線涂覆、輻射強度保證等級及單粒子敏感度等;

          4. 對大功率半導體集成電路,選擇內熱阻足夠小者;

          5.選擇抗瞬態過載能力足夠強的半導體集成電路;

          6. 選擇導致鎖定最小注入電流和最小過電壓足夠大的半導體集成電路;

          7. 盡量選擇靜電敏感度等級較高的半導體集成電路。如待選半導體集成電路未標明靜電敏感度等級,則應進行抗靜電能力評價試驗,以確定該品種抗靜電能力的平均水平。

          為了確保半導體集成電路的應用可靠性,必須采取如下措施。

          1. 降額。設計電子設備時,對微電路所承受的應力應在額定應力的基礎上按GJB/Z35《電子元器件降額準則》降額。

          2. 容差設計。設計電子設備時,應了解所采用微電路的電參數變化范圍(包括制造容差、溫度漂移、時間漂移、輻射漂移等),并以此為基礎,借助于有效的手段,進行容差設計。應盡量利用計算機輔助設計(CAD)手段進行容差設計。

          3. 熱設計。溫度是影響微電路失效率的重要因素。在微電路工作失效率模型中,溫度對失效率的影響通過溫度應力系數πT體現。πT是溫度的函數,其形式隨微電路的類型而異。對微電路來說,溫度升高10o~20o約可使πT增加一倍。防過熱最終目標是將微電路的芯片結溫控制在允許范圍內,對高可靠設備,要求控制在 100℃以下。微電路的芯片結溫決定于自身功耗、熱阻和熱環境。因此,將芯片結溫控制在允許范圍內的措施包括控制自身功耗、熱阻和熱環境。

          4. 防靜電。對于靜電敏感電路,防靜電措施可參考有關著作和國軍標。對于靜電敏感的CMOS集成電路,在使用中除嚴格遵守有關的防靜電措施外,還應注意:

          (1)不使用的輸入端應根據要求接電源或接地,不得懸空;

          (2)作為線路板輸入接口的電路,其輸入端除加瞬變電壓抑制二極管外,還應對地接電阻器,其阻值一般取0.2~1MΩ;

          (3)當電路與電阻器、電容器組成振蕩器時,電容器存儲電荷產生的電壓可使有關輸入端的電壓短時高于電源電壓。為防止這一現象導致鎖定,應在該輸入端串聯限流電阻器(其阻值一般取定時電阻的2~3倍);

          (4)作為線路板輸入接口的傳輸門,每個輸入端都應串聯電阻器(其值一般取50~100Ω),以防止鎖定;

          (5)作為線路板輸入接口的邏輯門,每個輸入端都應串聯電阻器(其值一般取100~200Ω),以防止鎖定;

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