所以正确有效地选择和使用电子元器件是提高电子产品可靠性水平的一项重要工作。电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性固有可靠性主要由设计和制造工作来保证,这是元器件生产厂的任务。
但是国内外失效分析资料表明,有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高,而是由于使用者对元器件的选择不当或使用有误造成的。因此为了保证电子产品的可靠性,就必须对电子元器件的选择和应用加以严格控制。
一、物料选型总则
1、所选器件遵循公司的归一化原则,在不影响功能、可靠性的前提下,尽可能少选择物料的种类。
2、优先选用物料编码库中"优选等级"为"A"的物料。
3、优选生命周期处于成长、成熟的器件。
4、选择出生、下降的器件走特批流程。
5、慎选生命周期处于衰落的器件,禁止选用停产的器件。
6、功率器件优先选用RjA热阻小,Tj结温更大的封装型号。
7、禁止选用封装尺寸小于0402(含)的器件。
8、抗ESD能力至少100V,并要求设计做防静电措施。
9、所选元器件MSL(潮湿敏感度等级)不能大于5级(含)。
10、优先选用密封真空包装的型号,MSL(潮湿敏感度等级)大于2级(含)的,必须使用密封真空包装。
11、优先选用卷带包装、托盘包装的型号。如果是潮湿敏感等级为二级或者以上的器件,则要求盘状塑料编带包装,盘状塑料编带必须能够承受125℃的高温。
12、对于关键器件,至少有两个品牌的型号可以互相替代,有的还要考虑方案级替代。
13、使用的材料要求满足抗静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要求。
二、各类物料选型规则
芯片选型总的规则
1、有铅BGA焊球优选Sn63Pb37合金,也可选择高铅(铅含量≈85%)的SnPb合金。无铅BGA焊球选择SnAgCu合金。
2、有引线的SMD和集成电路器件,引脚线金属材料要为铜、铜合金、可阀合金、42合金材料,表面合金涂镀均匀、厚度符合相关标准(4~7.6μm),涂层不得含金属铋。锡铅引脚镀层:SnPb;无铅引脚镀层:优选:Matte-Sn、SnAgCu、Ni/Au、Ni/Pd/Au;Sn镀层:对于纯Sn镀层来讲,Sn镀层厚度≈7.6μm(电镀工艺)、或≈2.5μm(电镀后熔融工艺)、或≈5.1μm(浸锡工艺)、或≈0.5μm(化学镀工艺);阻挡层Ni:厚度≈3μm;SnCu镀层:SnCu镀层厚度≈3μm;Ni/Pd镀层:Pd镀层厚度≈0.075μm,Ni镀层厚度在3μm以上;Ni/Pd/Au镀层:Ni厚度≈3μm,Pd厚度≈0.075μm,Au厚度在0.025~0.10μm
3、谨慎选用台湾的CPU、电源芯片。
4、禁止选用QFN封装的元器件,如果只能选用QFN封装的元器件,必须经过评审。选用任何QFN封装的芯片必须经付总一级的领导批准后才能使用。
5、对于IC优先选用脚间距至少0.5MM的贴片封装器件。
6、优选贴片封装的器件,慎选DIP封装器件。
7、尽量不要选用BGA封装的元器件,不得不使用才选用。如果选用BGA,BGA球间距必须大于等于0.8mm,最好大于等于1.0mm。而且尽量选用使用有铅BGA球器件的型号,并且使用有铅焊接工艺。
8、禁止选用不支持在线编程的CPU。
9、尽量不要选用三星的芯片。
电阻选型规则
1、电阻阻值优先选用10系列,12系列,15系列,20系列,30系列,39系列,51系列,68系列,82系列。
2、贴片电阻优选0603和0805的封装,0402以下的封装禁选。
3、插脚电阻优选0.25W,0.5W,1W,2W,3W,5W,7W,10W,15W。
4、对于电阻的温漂,J档温漂不能超过500ppm/℃,F档温漂不能超过100ppm/℃,B档温漂不能超过10ppm/℃。
5、金属膜电阻1W及1W以上禁选,金属膜电阻750k以上禁选。
6、7W以上功率电阻轴线型禁选。
7、慎选电位器,如果无法避免,选用多圈的,品牌用BOURNS。电子电位器按照芯片选型规范操作。
8、电阻品牌优选YAGEO、MK、贝迪思。
电容选型规则
?铝电解电容选型规则
1、普通应用中选择标准型、寿命1000HR~3000HR(为价格考虑,慎选长寿命型),选择铝电解电容寿命尽量选择2000Hr。
2、对于铝电解电容的耐压,3.3V系统取10V、5V系统取10V、12V系统取25V、24V系统取50V;48V以上系统选100V。
3、铝电解电容必须选用工作温度为105度的。
4、对于铝电解电容的容值,优选10、22、47系列;25V以下禁选224、105、475之类容值型号(用片状多层陶瓷电容或钽电解电容替代)。
5、对于高压型铝电解电容保留400V。禁选无极性铝电解电容。
6、普通铝电解电容选用品牌"SAMWHA"(三和),高端铝电解电容选用NCC(黑金刚)或其他日本名牌铝电解电容。
7、禁止选用贴片的铝电解电容。
?钽电解电容选型规则
1、钽电解电容禁止选用耐压超过35V以上的。
2、插脚式钽电解电容禁选。
3、对于钽电解电容的耐压,3.3V系统取10V、5V系统取16V、12V系统取35V,10V、16V、35V为优选,4V、6.3V、50V为禁用(用铝电解电容替代)。
4、对于钽电解电容的容值:优选10、22、47系列。容值105以下的钽电解电容禁选(用陶瓷电容替代)。
5、钽电解电容品牌:KEMET、AVX。
?片状多层陶瓷电容选型规则
1、高Q陶瓷电容慎选;只用在射频电路上。
2、片状多层陶瓷电容封装:0603、0805优选、1206、1210慎选、1808以上禁选。
3、片状多层陶瓷电容耐压:优选25V、50V、100V;106(含)以上容值的耐压不大于25V。
4、片状多层陶瓷电容容量:优选10、22、33、47、68系列。
5、片状多层陶瓷电容的材料,优选NPO、X7R、X5R,其它禁选。
6、片状多层陶瓷电容的品牌:TAIYO、MURATA、KEMET、TEMEX(高Q陶瓷电容)。
?引脚多层陶瓷电容选型规则
1、新产品禁止选用此类电容(使用片状多层陶瓷电容替代)。
继电器选型规则
1、品牌选择:PANASONIC、OMRON、FINDER。
2、禁止使用继电器插座。
二极管选型规则
1、禁止使用玻璃封装的二极管。
2、发光二极管优选直径为5mm的插脚型号.贴片发光二极管优选选用有焊接框架的型号,ESD/MSL等级遵循上述的标准。
3、整流二极管:同电流等级优先选择反压最高的型号.如1A以下选用1N4007,3A的选用IN5408。
4、肖特基二极管:同电流档次的保留反压最高的等级,如:1N5819保留,1N5817禁选,SS14保留,SS12禁选;M7,30BQ060,S5G保留。
5、发光二极管优选有边、短脚的;为了保持公司产品的一致性,红发红、绿发绿等型号优选,白发红、白发绿等型号慎选;如果没有特殊要求,尽量不要使用长脚、无边的。
6、发光二极管优选品牌为"亿光"。
7、瞬态抑制二极管的品牌优选PROTEK,SEMTECH。
量子点是把导带电子、价带空穴及激子在三个空间方向上束缚住的半导体纳米结构。量子点,电子运动在三维空间都受到了限制,因此有时被称为“人造原子”、“超晶格”、“超原子”或“量子点原子”,是20世纪90年代提出来的一个新概念。这种约束可以归结于静电势(由外部的电极,掺杂,应变,杂质产生),两种不同半导体材料的界面(例如:在自组装量子点中),半导体的表面(例如:半导体纳米晶体),或者以上三者的结合。量子点具有分离的量子化的能谱。所对应的波函数在空间上位于量子点中,但延伸于数个晶格周期中。一个量子点具有少量的(1-100个)整数个的电子、空穴或空穴电子对,即其所带的电量是元电荷的整数倍。
半导体量子点的光学性质
量子点的发光原理与常规半导体发光原理相近,均是材料中载流子在接受外来能量后,达到激发态,在载流子回复至基态的过程中,会释放能量,这种能量通常以光的形式发射出去。与常规发光材料不同的是,量子点发光材料还具有一下的一些特点。
发射光谱可调节
半导体量子点主要由ⅡB-ⅥA、ⅢA-ⅤA或者ⅣA-ⅥA族元素构成。尺寸、材料不同的量子点发光光谱处于不同的波段区域。如不同尺寸的ZnS量子点发光光谱基本涵盖紫外区,CdSe量子点发光光谱基本涵盖可见光区域,而PbSe量子点发光光谱基本涵盖红外区,如下图所示。
常见量子点发光光谱分布区间
即使是同一种量子点材料,其尺寸的不同,其发光光谱也不一样。以CdSe为例,如下图所示,当CdSe颗粒半径从1.35nm增加至2.40nm时,其发射光波长从510nm增加至610nm。
同尺寸CdSe量子点及其发光照片
宽的激发光谱和窄的发射光谱
能使量子点达到激发态的光谱范围较宽,只要激发光能量高于阈值,即可使量子点激发。且不论激发光的波长为多少,固定材料和尺寸的量子点的发射光谱是固定的,且发射光谱范围较窄且对称。
较大的斯托克斯位移
量子点材料发射光谱峰值相对吸收光谱峰值通常会产生红移,发射与吸收光谱峰值的差值被称为斯托克斯位移。相反,则被称为反斯托克斯位移。斯托克斯位移在荧光光谱信号的检测中有广泛应用。量子点的斯托克斯位移较常规材料而言要大。
量子点的发光原理
量子点的发光性质是由于电子、空穴以及它们周围环境的相互作用而引起的,当激发能级超过带隙时,量子点就会吸收光子使电子从价带跃迁到导带。量子点的紫外可见光谱有很多能级态,第一个看得见的峰称为量子限制峰,是由最低能级态激发所产生。此外,很多电子状态存在于更高能级水平,因此允许单一波长的光同时激发多颜色的量子点。
受量子尺寸效应的影响,半导体量子点的发光原理如图3所示,当一束光照射到半导体材料上,半导体材料吸收光子后,其价带上的电子跃迁到导带,导带上的电子还可以再跃迁回价带而发射光子,也可以落入半导体材料的电子陷阱中。当电子落入较深的电子陷阱中的时候,绝大部分电子以非辐射的形式而猝灭了,只有极少数的电子以光子的形式跃迁回价带或吸收一定能量后又跃迁回到导带。
量子点LED的发光形式
量子点是QLED发光的基本材料。实现QLED发光的主要有两种形式:一是采用在GaN基LED中作为光转换层,有效吸收蓝光发射出波长在可见光范围内精确可调的各色光;二是采用其电致发光形式,将其涂敷于薄膜电极之间而发光(见下图)。