本章内容提要12345v降额设计的定义与目的§定义：降额设计就是将元器件在使用中所承受的应力(电、热、机械应力等)低于其设计的额定值；§目的•通过限制元器件所承受的应力大小，降低元器件的失效率，提高使用可靠性；•若元器件一直在额定应力下工作，其性能退化速率较快，降额设计能延缓其参数退化，增加工作寿命；•使设计有一定安全的余量。
v应力：在贮存/运输和工作中对于元器件产品的功能产生影响的各种外界因素，统称为应力。
常遇到的有：§电应力：指元器件外加的电压/电流及功率等;§温度应力：指元器件所处的工作环境的温度;§机械应力：指元器件所承受的直接负荷、压力、冲击、振动、碰撞和跌落;v 元器件工作时承受的电/热应力越高,器件的失效率越高。
v 金属膜电阻器基本失效率随工作电应力的变化（工作温度为40℃）0.050.1λb(10-6/h -1)环境温度（℃）金属膜电阻器基本失效率曲线降额设计的发展v元器件降额设计在先进国家起步比较早，我国在80年代初期开展了该项工作；v1984年1月，航天部在国内率先颁布了元器件的可靠性降额准则QJ417-88；v1993年9月该标准上升为GJBZ35-93《元器件降额准则》；本章内容提要12345降额设计的工作过程降额设计的工作过程：②确定降额等级③确定降额参数④确定降额因子①确定降额准则⑤降额计算及分析①确定降额准则v降额准则是降额的依据和标准。
v国产电子元器件§GJB/Z35-93 《元器件降额准则》v国外元器件参考§《元器件可靠性降额准则》(美国波音宇航公司为罗姆航空发展中心编制)§《电子元件降额要求和应用准则》欧空局②确定降额等级v 降额等级表示设备中元器件降额的不同范围；v 我国国军标GJB/Z35-93《元器件降额准则》—3个等级较低中等较高增加的费用容易一般较难设计实现难易系统或设备的尺寸、重量增加不大系统或设备的尺寸、重量增加不大系统或设备的尺寸、重量将有显著增加需交付较高的维修费用由于费用和技术原因，设备失效后无法或不宜维修故障设备可迅速、经济地加以修复且采用了某些专门的设计且采用新技术、新工艺的设计设备采用成熟的标准设计有高可靠性要求对设备有高可靠性要求设备的失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏设备的失效将可能引起装备与保障设施的损坏设备的失效将导致人员伤亡或装备与保障设施的严重破坏适用性较小适中最大可靠性改善最小中等最大降额程度III 级II 级I 级降额等级②确定降额等级§GJB/Z35对不同类型装备推荐应用的降额等级§美国罗姆空军发展中心(RADC)对不同应用范围推荐的降额等级应用范围降额等级最高最低航天器与运载火箭战略导弹战术导弹系统飞机与舰船系统通信电子系统武器与车辆系统地面保障设备I I I I I I III II III III III III III环境降额等级地面飞行空间导弹发射III II I I③确定降额参数v降额参数§影响元器件失效率的有关性能参数和环境应力参数；v确定原则§首先应符合某降额等级下各项降额参数的降额量值的要求；§在不能同时满足时，尽量保证对关键降额参数的降额；例一：集成电路的降额参数有电源电压、输入电压、输出电流、功率、最高结温等。
v降额参数：§高结温是对集成电路破坏性最大的应力，器件在工作时，结温要维持比较低的水平；§器件实际工作频率应低于其额定工作频率，否则功耗会迅速增加；§对于大规模集成电路，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。
例二、晶体管降额参数反向电压、电流、功耗及结温v为防止电压击穿，应对其电压进行降额。
v温度是影响晶体管可靠性的重要应力，因此晶体管的功耗和结温须降额；v降额后通过反向电压、电流、功耗计算结温，如果不满足结温降额要求，应进一步降额。
v功率晶体管有二次击穿现象，应按照安全工作区进行降额。
例三、连接器降额参数为工作电压、工作电流和温度；v影响连接器可靠性的主要因素有插针/孔材料、接点电流、有源接点数目、插拔次数和工作环境；v主要是降低其最高工作电压、额定工作电流及最高插针额定温度。
v在较低气压下使用的连接器应进一步降额防止电弧对连接器的损伤。
例四、开关降额参数为触点电流、电压和功率；v影响开关可靠性的主要因素为电流v开关触点流过的电流情况会严重影响长期工作的开关的接触可靠性；v开关通过的电压大小，主要影响开关的绝缘。
例五、电阻器和电位器降额参数v对于固定电阻器和电位器影响其可靠性最重要应力为电压、功率和环境温度。
v对于热敏电阻主要是功率和环境温度。
v各种金属膜和金属氧化膜电阻器在高频工作情况下，阻值下降，在低气压工作情况下，可承受最高工作电压减少。
v对于电位器应考虑随大气压力的减少，其承受最高工作电压减少，在低气压应用时应进一步降额。
v对元器件失效率有影响的主要降额参数和关键降额参数元器件类型主要降额参数和关键降额参数模拟电路放大器电源电压、输入电压、输出电流、功率、最高结温☆比较器模拟开关电压调整器电源电压、输入电压、输入输出电压差、输出电流功率、最高结温☆数字电路双极型频率、输出电流、最高结温☆、电源电压MOS型电源电压、输出电流、频率、最高结温☆、电源电压混合集成电路厚、薄膜功率密度、最高结温☆存储器双极型频率、输出电流、最高结温☆、电源电压MOS型微处理器双极型频率、输出电流、扇出、最高结温☆、电源电压MOS型大规模集成电路最高结温☆晶体管普通反向电压、电流、功率、最高结温☆、功率管安全工作区的电压和电流微波最高结温☆二极管普通电压(不包含稳压管)、电流、功率、最高结温☆微波、基准最高结温☆可控硅电压、电流、最高结温☆半导体光电器件电压、电流、最高结温☆电阻器电压、功率☆、环境温度热敏电阻器功率☆、环境温度电位器电压、功率☆、环境温度电容器直流工作电压☆、环境温度电感元件热点温度☆、电流、瞬态电压/电流、介质耐压、扼流圈电压继电器触点电流☆、触点功率、温度、振动、工作寿命开关触点电流☆、触点电压、功率电连接器工作电压、工作电流☆、接插件最高温度导线与电缆电压、电流☆旋转电器工作温度☆、负载、低温极限灯泡工作电压☆、工作电流☆电路断路器电流☆、环境温度保险丝电流☆晶体最低温度、最高温度☆电真空器件阴极射线管温度☆微波管温度、输出功率☆、反射功率、占空比声表面波器件输入功率☆纤维光学器件光源输出功率、电流☆、结温探测器反向压降☆、结温光纤与光缆环境温度☆、张力、弯曲半径光纤连接器环境温度☆④确定降额因子v降额因子(S)§表征了元器件降额的程度；§元器件实际承受的应力（工作应力）与额定应力之比；v关于温度的降额因子§在降额准则中，温度的降额因子一般不用应力比来表示，通常给出的是最高结温、最高环境温度或按元器件的负荷特性曲线降额；④确定降额因子v国产元器件§查阅GJB/Z35《元器件降额准则》；v进口（美国）元器件§查阅美国元器件降额的指导性文件;§如《元器件可靠性降额准则》(罗姆航空发展中心编制); v注意§对III级降额的降额因子，可因需要而作变动；§对I级降额的降额因子一般不应轻易改变；⑤降额计算及分析v确定了降额等级、降额参数和降额量值后v进行降额计算及分析§根据元器件手册的数据，获得元器件的额定值；§计算元器件降额后的允许值；§利用电/热分析计算或测试获得实际工作的电应力值和温度值；§将降额后的允许值与实际工作值进行比较，检查每个元器件是否达到降额要求。
降额设计报告v报告中应列出产品名称、所属系统以及产品内部组成;v产品规定的降额等级，如未规定，则应说明产品降额等级的确定过程;v产品降额设计情况表；v小结中应至少包括下列内容：§产品中元器件降额等级符合情况；§产品中关键、重要元器件降额情况；§单独列出未能达到规定降额要求的元器件目录，并指明该元器件所属的电路板或部件；§简要说明未能满足降额要求的元器件的原因，建议采取的措施。
降额设计情况表序号元器件名称型号关键件、重要件是(√)否(×)降额情况对存在问题是否有改进措施是(√)否(×)123金属膜电阻器运算放大器非固体钽电容器┇RJ23JF118CA35-10┇×××┇满足满足II 级降额后直流工作电压小于电路9V 要求改为CA35-16降额设计的工作过程总结v选择合适的降额准则；v根据装备类型和设备的关键性确定降额等级；v列出元器件的降额参数；v按降额准则确定每个降额参数的降额因子；v降额校验；§对电路中的元器件进行电应力和环境应力分析；§将获得的工作应力值与额定值进行比较，确定降额设计的要求是否达到；v降额报告。
本章内容提要12345v多项参数的降额考虑§以电子开关为例v降额参数§额定工作电压§触点电流§触点额定功率元器件种类降额参数降额等级ⅠⅡⅢ小功率负载(＜100mW)不降额电阻负载0.500.750.90连电容负载(电阻额定电流的)0.500.750.90续电感电感额定电流的0.500.750.90触负载电阻额定电流的0.350.400.50开关点电机电机额定电流的0.500.750.90电负载电阻额定电流的0.150.200.35流灯泡灯泡额定电流的0.500.750.90负载电阻额定电流的0.07-0.080.100.15触点额定电压0.400.500.70触点额定功率（用于舌簧或水银开关）0.400.500.70电子开关降额准则v上述表格中的航空开关，触点导通电流(阻性)为2A，额定工作电压为60V，导通电阻为0.2Ω，用于航空电源电压为直流28V，采用II级降额。
（1）电压降额降额后实际工作电压:60×0.5=30V>28V,满足要求；（2）触点电流降额降额后的工作电流：2×0.75=1.5A；（3）触点功率降额触点额定功率=触点额定工作电流的平方×触点导通电阻=2×2×0.2=0.8W；降额后的工作功率为0.8×0.5=0.4W；校核一下：电流降额后，触点的实际工作功率为1.5A×1.5A×0.2 Ω=0.45W>0.4W；问题是：不满足功率降额的要求；ü触点流过的电流影响开关的接触可靠性，触点电流是主要降额参数；ü保证触点电流的降额，其它参数合理变动；（4）为了满足触点功率的降额，也可将触点电流作进一步的降额使用；触点工作电流：2×0.7=1.4A<1.5A，触点功率为1.4×1.4×0.2=0.4W(与功率降额后的值相等)模拟电路降额设计示例v 对某型国产运算放大器进行I 级降额设计。