元器件可靠性降额准则
GJB/Z 35－93
1 范围
1.1 主题内容
本标准规定了电子、电气和机电元器件（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。
1.2 适用范围
本标准适用于军用电子设备的设计。其它电子设备可参照使用。
2 引用文件
GJB450－88 装备研制与生产的可靠性通用大纲
GJB451－90 可靠性维修性术语
GJB/Z 299A－91 电子设备可靠性预计手册
3 定义
除下列术语外，本标准所用的其他术语及其定义见GJB451。
3.1 降额derating
元器件使用中承受的应力低于其额定值，以达到延缓其参数退化，提高使用
可靠性的目的。通常用应力比和环境温度来表示。
3.2 额定值rating
元器件允许的最大使用应力值。
3.3 应力stress
影响元器件失效率的电、热、机械等负载。
3.4 应力比stress ratio
元器件工作应力与额定应力之比。应力比又称降额因子。
4 一般要求
4.1 降额等级的划分
通常元器件有一个最佳降额范围。在此范围内，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。在最佳降额范
围内推荐采用三个降额等级。
a.Ⅰ级降额
Ⅰ级降额是最大的降额，对元器件使用可靠性的改善最大。超过它的更大降
额，通常对元器件可靠性的提高有限，且可能对设备设计难以实现。
Ⅰ级降额适用于下述情况：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；对设备有高可靠性要求，且采用新技术、新工艺的设计；由于费用和
技术原因，设备失效后无法或不宜维修；系统对设备的尺寸、重量有苛刻的限制。
b.Ⅱ级降额
Ⅱ级降额是中等降额，对元器件使用可靠性有明显改善。Ⅱ级降额在设计上
元器件降额准则（参考件）
元器件种类 降额参数 降额等级
Ⅰ Ⅱ (
Ⅲ
集成电路 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（℃） 80 95 105
比较器 电源电压 【
输入电压 —
输出电流 《
功率
最高结温（℃） 80 95 105
电 压调整器 电源电压
输入电压
·
输出输入电压差
输出电流 <
功率 ；
最高结温（℃） 80 95 $
105
模拟开关 电源电压
输入电压
输出电流
功率
\
最高结温（℃） 80 95 105
数字电路 双极型 电路 频率 $
输出电流 …
最高结温（℃） 85 100 [
115
MOS型电路 电源电压
输出电流
功率
最高结温（℃） 85 100 115
混和集成电路 厚模集成电路（W/cm2） 、
薄模集成电路（W/cm2）
最高结温（℃） '
85 100 115
大规模集成电路 最高结温（℃） 改进散热方式降低结温
分离半导体器件 , 晶体管 方向
电压 一般晶体管
功率MOSFET的栅源电压
|
电流
功率 ~
功率管安全工作区 集电极－发射极电压 [
集电极最大允许电流
最高结温
Tjm（℃） 200 115 140 160
175 100 125 145
≤150 Tjm-65 Tjm-40 Tjm-20
微波晶体管 ！
最高结温 同晶体管
二极管（基准管除外） 电压（不适用于稳压管）
电流
）
功率
最高结温
Tjm（℃） （
200 115 140 160
175 、
100 125 145
≤150 Tjm-65 ]
Tjm-40 Tjm-20
微波二极管 最高结温 同二极管
基准二极管
可控硅/半导体光电器件 电压
电流
~
最高结温
第４期 张皓东：元器件降额准则分析
电气、电子、机电元件清单》附录Ａ《标准元器件 降额准则》［３１、ＮＡＳＡ标准ＥＥＥ—ＩＮＳＴ一００２《电气、 电子和机电元器件选择、筛选、鉴定和降额指南》 ［４１、ＭＩＬ—ＳＴＤ一１５４７《航天器与运载器用电子元器 件、材料和工艺》 【５】和可靠性数据分析中心 （ＲＩＡＣ）的相关文献［ｑ中都有对降额的描述，这 些描述虽然略有不同．但是都明确地指出了元器件 降额的目的，即通过降低应力（包括电应力、热应 力和机械应力）来延缓参数退化．从而提高使用寿 命或可靠性 ｂ）我国元器件降额标准情况 ＧＪＢ／Ｚ ３５—９３对降额规定了等级．并针对电子 设备的不同应用范围（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、武器与车辆系统和地面保障装备Ⅲ）给出了 推荐使用的元器件降额等级 《准则》按对元器件所受的应力与其可靠性之 间关系的认识程度，将元器件分为３类：Ａ类是 “对大量使用数据进行过分析．并对元器件的应力 与可靠性关系有很好的认识”【ｌ】的元器件．如集 成电路、半导体分立器件和电阻、电容等；Ｂ类是 “供分析的使用数据有限．或结构较复杂．但对元 器件的应力和可靠性关系有一定的认识”【ｌ１的元 器件，如电感元件、继电器、电连接器等；Ｃ类是 “由于技术较新或受到器件所在设备中组合方式的 限制．至今尚无降额的应用数据可供参考．但研究 了它们的结构和材料．作出降额的工程判断”＿ｌ１ 的元器件，如电真空器件、纤维光学器件等。对于 Ａ、Ｂ、Ｃ类元器件分别给出了详细程度不同的降 额参数和降额的量值，例如：对于Ａ类的电容器． 《准则》对６种不同结构的电容器分别给出了需要 降额的参数以及在不同降额等级（最大降额、中等 降额和最小降额）下的降额量值和降额曲线：对于 Ｃ类的纤维光学器件，光纤光源（光发射二极管和 注入式光激射二极管）等．给出的３个降额参数在 不同的降额等级下．其降额量值均相同，相当于只 有一个降额等级．且结温参数的降额没有量化，仅 给出了“设法降低”的定性要求，更没有给出降额 曲线。 《准则》还阐述了降额的限度、降额量的调整、 确定降额量的工作基础．同时，该标准按电子元器 件分类．对集成电路、半导体分立器件、电阻器、 电位器、电容器、电感元件、继电器、开关、旋转 ＤＩＡＮＺＩＣＨＡＮＰＩＮＫＥＫＡＯＸＩＮＧ ＹＵＨＵＡＮＪＩＮＧＳＨＩＹＡＮ 电器、电连接器、线缆、灯泡、电路断路器、保险 丝、电真空器件、晶体和声表面波器件、激光器 件、纤维光学器件［１１分别给出了需要降额的参数 和在应用不同降额等级时的具体降额量值．对于电 子设备可靠性设计工程实践具有非常实用的价值． 是国内电子设备设计师进行可靠性设计的重要依 据。 ｃ）国外元器件降额标准情况 国外元器件降额方面的标准大多是由航天部分 发布的。如欧空局的ＥＣＳＳ—Ｑ一３０—１１Ｃ《电子元器 件筛选和降额准则》、美军标ＭＩＬ—ＳＴＤ一９７５Ｍ （ＮＡＳＡ）《电气、电子、机电元件清单》附录Ａ 《标准元器件降额准则》和ＮＡＳＡ标准ＥＥＥ—ＩＮＳＴ一 ００２《电气、电子和机电元器件选择、筛选、鉴定 和降额指南》等。这些标准都对元器件降额的原则 和降额的适用范围或注意事项做出了阐述．并按元 器件的种类分别给出了降额的参数和降额因子 ＥＣＳＳ—Ｏ一３０—１１Ｃ是ＥＣＳＳ于２００８年１Ｏ月发 布的．至２０１１年１Ｏ月已进行了３次修订．目前的 最新版本为ＥＣＳＳ一０—３０—１１Ｃ Ｒｅｖ．１ ＥＣＳＳ—Ｏ一３０— １１Ｃ中包含了电容器、连接器、压电器件、二极 管、滤波器、电感、单片集成电路、继电器和开 关、电阻、热敏电阻、晶体管和电线电缆、光电器 件、无源射频器件、光线光缆、混合电路 等ｌ６ 类元器件，部分元器件还给出了降额曲线。 ＭＩＬ—ＳＴＤ一９７５Ｍ是１９９４年８月发布的．该标 准是ＮＡＳＡ选用的元器件基线．其中的附录Ａ为 降额准则 ＭＩＬ—ＳＴＤ一９７５Ｍ附录Ａ中给出了电容 器、连接器、晶体、二极管、滤波器、电感和线 圈、微电路、保护器件、继电器、电阻和开关、热 敏电阻、变压器、晶体管、电线电缆［３１等１５类 元器件的降额参数和降额因子，对于电容器、电阻 器等元器件还给出了降额曲线，为了便于使用， ＭＩＬ—ＳＴＤ一９７５Ｍ附录Ａ中还给出了前述各类元器 件降额的例子 ＥＥＥ—ＩＮＳＴ一００２《电气、电子和机电元器件选 择、筛选、鉴定和降额指南》是２００３年５月发布 的 ＥＥＥ—ＩＮＳＴ一００２中的降额要求部分涵盖了电容 器、连接器、晶体、晶体振荡器、光纤、滤波器、 保险丝、加热器、磁性器件、微电路、继电器、电 阻和半导体分立器件、开关、热敏电阻、电线电缆 ［２］等ｌ６类元器件．其中部分元器件还给出了具体
陶瓷电容降额设计
一、引言
陶瓷电容因其具有良好的绝缘性能、耐高温性能以及稳定的介电常数，被广泛应用于各类电子设备和系统中。然而，在某些高电压、大电流的应用场景中，陶瓷电容可能会因过电压、过电流等异常情况而损坏，从而导致整个系统故障。为了提高陶瓷电容的可靠性和寿命，降额设计成为了一种有效的手段。本文将对陶瓷电容的降额设计进行探讨。
二、陶瓷电容的工作原理及特点
陶瓷电容的工作原理是基于陶瓷材料的介电常数。当施加电压时，陶瓷介质中的电场会导致电荷的聚集，从而存储电能。陶瓷电容的特点包括：介质常数稳定、温度系数小、绝缘性能好、耐高温、小型化等。然而，陶瓷电容也存在一些缺点，如易受到电压、电流的冲击以及机械应力的影响等。
三、降额设计的必要性
降额设计是指在选择和使用电子元器件时，考虑到其工作条件和实际环境因素，采用低于其额定值的参数进行设计和使用，以减小其损坏的风险。对于陶瓷电容而言，降额设计的必要性主要体现在以下几个方面：
1. 提高可靠性：通过降低工作电压或电流的幅度，可以减小陶瓷电容因过电压、过电流而损坏的风险，从而提高整个系统的可靠性。
2. 延长寿命：在正常工作条件下，降额设计的陶瓷电容寿命一般会比额定条件下更长。这是因为降额使用时，陶瓷电容的工作应力较小，从而减少了老化和损伤的风险。 3. 降低成本：降额设计可以在一定程度上减小元器件的容量和规格，从而降低采购成本和库存成本。
四、降额设计的实施方法
1. 选择合适的额定值：在选择陶瓷电容时，应根据实际需求和工作条件选择合适的额定值。避免选择过于保守或过于宽松的额定值，以实现最佳的降额效果。
2. 计算降额系数：根据实际工作条件和环境因素，计算出适当的降额系数。降额系数一般根据实验数据和经验公式确定，以确保陶瓷电容在安全、可靠的前提下工作。
3. 优化电路设计：在电路设计中，应充分考虑陶瓷电容的工作条件和降额系数，对电路进行优化设计。例如，可以在电路中加入适当的电阻或电感元件，以限制电压或电流的幅度。
