原创 九大类元器件的选型和常见故障分析

2018-9-7 11:40 801 4 3 分类: 电源/新能源

首先先来借鉴张海峰“简谈电子元器件选型”的这篇文章来讲讲作为硬件工程师来说,对于元器件选型需要具备哪些方面的技能与知识点,而以下内容就是关于在原理图中一些常见元器件选取所要遵循的基本原则。

无论多么复杂的电子产品都是由一颗颗物料构成的,所以物料选型在很大程度上能决定一个产品的质量与成本控制。选择元器件一般规范:当企业无法直接对元器件供应商做认证时,应该对电路板供应商严格认证。在此基础上,工程师在元器件选型时应该选取行业内TOP10厂家的元器件产品,以降低元器件失效的风险。


九大类元器件选型注意事项:

1.电容

慎用1206及以上封装的贴片电容等器件,焊接过程中有实效风险 陶瓷电容选用NPO(C0G)和X7R这两类,温度系数控制较好。钽电解电容不要使用额定电压超过25V产品。铝电解电容一般选取日系产品,形成电压一般是额定电压的1.2?1.4倍。

一般情况下,各种电容ESR比较:铝电容>钽电容>陶瓷电容;关注高温下时的纹波电流不要超出使用规格,否则会影响使用寿命;每种封装的极限值不建议使用,一般要降一格使用;原厂只有中文手册的不建议使用,一般都是各种封装的极限临界值。

2.电阻

① 慎用1206及以上封装的贴片电容等器件,焊接过程中有实效风险;

② 一般电阻选精度1%厚膜金属膜电阻,精度电阻选0.5%以上薄膜金属膜电阻。

③ 排阻一般不建议选用,排阻的封装使其失效风险大于单个贴片电阻。

④ 贴片0欧姆,其阻值不是绝对为零,最大阻值可为50毫欧。a) 0402 ~ 0603 :额定电流0.5A,超过70度时降额为0.3A; b) 0805 ~ 1206 :额定电流1A,超过70度时降额0.6A; c) 1206及以上:额定电流2A,超过70度时降额1.2A 贴片电阻能承受的脉冲电压限制 0402 ~ 0603 :100V 0805 :300V 1206及以上:400V。

⑤贴片电阻能承受的脉冲电压限制:a) 0402~0603:100V; b) 0805:300V; c) 1206及以上:400V。

3.二三极管

二三极管选型时注意以下参数在电路中是否够用,防止损坏风险。

反向击穿电压Vbr,反向重复工作电压Vrwm,最大平均正向平均电流If,正向压降Vf,反向恢复时间Trr,热阻Rjc,最高节温Tjm。

4.磁珠

磁珠选型时要注意冲击电流问题。常用0805和0603封装磁珠承受冲击电流建议。

多脉冲且微秒级 :10 ~ 40 倍额定电流;单脉冲 5~20uS,30~500倍额定值,如果是多脉冲降额到 30% 使用;1A 通流能力磁珠可至少承受 40A 电流 20 次 脉冲电流冲击;从可靠性角度来看如果冲击电流大于 25A 以上的应用场合 ,均需评估和分析考虑可靠性问题。    

5.连接器

对于有弹性要求连接器(如网口)接插件材料一 般选用铍青铜(CuBe),镀层为金(Au);连接器接插件 材料一般选用黄铜或锡青铜 ,镀层一般选镀锡 Tin(Sn) 或镀金(Au);对频繁插拔和有电流要求的连接器,镀 层选镀金(Au)的;在震动频繁的场合不建议用镀 锡Tin(Sn)的连接器超大电流的情况下可以选择镀 银(Ag)的连接器。

6.晶体和晶振

尽量选用贴片封装,行业内目前出货量最大的是3.2mmx2.5mm(3225) 封装;选择AT切基频,优选范围12MHz~15MHz;一个晶振一般只驱动一个器件。

7.芯片

在一个项目之中最为重要的莫过于MCU芯片,芯片的选择要点:

慎选144脚及以上的QFP封装芯片,焊接时失效风险很大;不同电平电路混用时转换器件选择要遵从数据手册上输入输出电平的门限定义,必要时加入限流电阻;不用的输入管脚不能悬空,接高还是接地要根据数据手册确定,数据手册没有明确说明的,先用0欧电阻做选择处理接高还是接地,等实测信号后再确认。芯片输出管脚的驱动能力要参考数据手册,要有足够的预留,不超过额定的60%。

8.瞬时保护器件

瞬态保护器件(TVS 和 TSS)在选型时要考虑结电容对信号的影响。

9.其他器件

电感选型时要根据用途(电源使用、射频或高频电路),选择不同封装的产品;

拨码开关应尽量避免使用 ,焊接时失效风险很大 ;

电位器应尽量避免使用,焊接时失效风险很大;

光耦一般不用于高速信号(>1MHz)和模拟信号隔离;

保险丝选型时要考虑 IEC 标准和 UL 标准的区别等等。

元器件常见故障分析:

接下来就说说元器件常见故障的知识点,以及在实验过程当中到底哪些方面的原因容易导致元器件失效,失效的机理到底是什么。


在实际的过程之中如果比如电阻,电容等元器件如果失效了以后,应该从哪方面的因素去考虑,看下面所梳理的细节内容。


在问题出现的时候,需要关注的是如何如何排除与解决此问题,所以在这边是否拥有一整套的排查过程呢,下面的这个整理就能告诉在实际出现问题的执行顺序。当然在这边会牵涉到的是如果芯片MCU有故障的话,排查的顺序按照图片所描述的,需要的是着重去验证可靠性验证,追根溯源到到底是哪个PIN出现问题,其次找出到底是什么导致出现问题加以改善。


总结:

成品的样件,可靠性最终追究的是元器件的可靠性,所以对于硬件工程师来说,在立项与参数技术的过程当中都会考虑在做项目过程元器件的功能等级这块的要求,然而对于一些MCU与集成芯片来说,国内外的产品是存在着差距的,不管是安全性亦或者是功能的方面,而后面关于元器件失效故障方面其实是可以选型以及上篇文章所讲述的DFMEA阶段可以避免,所以说如果前期方面考虑到一些因素,后面是可以避免的。


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wjx943_536273043 2018-9-14 20:26

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