可靠性分析報告

1、可靠性工程結課論文題 目：混頻器組件可靠性分析學院：機電學院專 業(yè)：機械電子工程學號：201100384216學生姓名：郭守鑫指導教師：尚會超2014年6月2目錄摘要.3關鍵詞.31.元器件清單 .32.可靠性預測 .43.可靠性分析 .63.1可靠性數據分析 .73.2故障模式影響 .73.3危害性分析 .84.結論和建議.10參考文獻.103混頻器組件可靠性分析郛守鑫（中原工學院機電學院河南鄭州451191 ）【摘 要】變頻，是將信號頻率由一個量值變換為另一個量值的過程。具有這種 功能的電路稱為變頻器（或混頻器）。輸出信號頻率等丁兩輸入信號頻率之和、 差或為兩者其他組合的電路?；祛l器通常由

2、非線性元件和選頻回路構成。【關鍵詞】混頻器，變頻，組件Abstract】frequency conversion, is to signal frequency by a value transform into another process ofthe value. Which has the function of the circuit is called inverter (or mixers). The output signal frequencyis equal to the sum of two input signal frequency, orfor both other

3、 combination of the circuit. Mixer is usually composed of nonlinear components andfrequency selective circuit.【keywords】mixer, frequency conversion, components41.元器件清單本組件選用元器件如下:)丁與名稱型號數量1場效應管AFM06P3-21212場效應管FHX14LP13介質諧振器A614變容管WB2005H15單片混頻器HMC171C816隔離器TGX-U427集成穩(wěn)壓塊CW78L0518片狀電阻RI-1/10W-79片狀電容CC

4、41-0805-810金屆膜電阻RJ-1/2W-10111鑰電容CA42-25V-47412射頻同軸連接器SMA-KFD22可靠性預計VCO混頻組件由混頻器、VC個功能模塊組成。元器中包括8類11種30個。其中任一元器件失效，都將造成整個組件失效，即組件正常工作的條件是各 元器件的正常工作。因此，本組件的可靠性模型是一個申聯(lián)模型。本組件是可修復產品，壽命服從指數分布，根據可靠性理論，其平均故障 間隔時間與失效率成反比，即MTBFs = 1/ Z知(1)由丁本組件已完成初樣的研制，現已轉入正樣設計階段，所用元器件的種類、 型號規(guī)格、質量水平、工作應力及環(huán)境條件都已基本確定，其失效率因子等有關 可

5、靠性參數可以從GJB/Z299B-98電子設備可靠性預計手冊查到，因此采用 應力分析法來預計本組件的可靠性指標。已知本組件工作丁飛機座艙內，環(huán)境代號AF,工作溫度-45C+60C?，F對其可靠性指標計算如下：2.1場效應管的工作失效率 入PI本組件所用場效應管屆低噪聲類型，其工作失效率模型為入P1=入b兀E兀Q兀A兀T兀M(2)查得基本失效率 入b=0.408 X 10-6/h環(huán)境系數兀E=15質量系數兀Q=0.05應用系數兀A=3溫度系數兀T=3.73匹配網絡系數兀M=1本組件使用場效應管2只，故其工作失效率為入P1= 0.408 X 10-6X 15X 0.05 X 3X 3.73 X 1

6、X 2=6.84828 X 10-6/h2.2單片混頻器的工作失效率入P2單片混頻器是矩形8引出端密封扁平封裝的半導體集成電路，其工作失效 率模型為入P2=兀QCI兀T兀V+ ( C2+ G)兀E兀L(3)查得環(huán)境系數兀E=17質量系數兀Q=0.5成熟系數兀L=1.0溫度應力系數兀T=0.8電壓應力系數兀V=1.0電路復雜度失效率C=0.3465X 10-6/h C2=0.020 X 10-6/h封裝復雜度失效率C3=0.022 X 10-6/h本組件使用1只單片混頻器，故其工作失效率為入P2=0.50 X 0.346 X 10-6X 0.8 X 1+ (0.020+0.022 ) X 10-

7、6X 17X 1 X 1=0.4954 X 10-6/h2.3變容管的工作失效率入P3本組件所用的檢波管為微波砰化鐐二極管型,其工作失效率模型為入P3=入b兀E兀Q兀K查得環(huán)境系數兀E=13質量系數兀Q=0.5質量系數兀K=0.5基本失效率入b=0.534 X 10-6/h本組件使用變容管1只，故其工作失效率為入P3=0.534 X 10-6X 13X 0.5 X 0.5=1.7355 X 10-6/h2.4二端穩(wěn)壓器的工作失效率入P4三端穩(wěn)壓器是園形3引出端密封金屆殼封裝的半導體集成電路，其工作失 效率模型為入P4=兀QCI兀T兀V+ ( C2+ G)兀E兀L(4)查得環(huán)境系數兀E=17質量

8、系數兀Q=0.5成熟系數兀L=1.0溫度應力系數兀T=1.51電壓應力系數兀V=1.0電路復雜度失效率G=0.263 X 10-6/h C2=0.010 X 10-6/h封裝復雜度失效率G=0.004 X 10-6/h本組件使用三端穩(wěn)壓器1只，故其工作失效率為入P4=0.500.263 X 10-6X 1.51 X 1+ (0.010+0.004 ) X 10-6X 10X 1 X 1=0.268565 X 10-6/h2.5隔離器工作失效率入P5隔離器為磁性器件，其工作失效率模型為 入P5=入b兀E(6)查得基本失效率入b=0.08 X 10-6/h環(huán)境系數兀E=6.0本組件使用2只隔離器，

9、故其工作失效率為入P5= 0.08 X 10-6X 6.0 X 2=0.96 X 10-6/h2.6金屆膜電阻器和片狀電阻器的工作失效率入P6本組件選用的固定電阻器，其工作失效率模型為入P6=入b兀E兀Q兀R(7)查得環(huán)境系數得 兀E=5.0質量系數得兀Q=0.3阻值系數得兀R=1.0基本失效率入b=0.01X10-6/h本組件使用固定電阻器8只，故其工作失效率為入P6=0.01 X 10-6X 5.0 X 0.3 X 1.0 X 8=0.12 X 10-6/h2.7鑰電容器的工作失效率入P7本組件選用固體鑰電解電容器，其工作失效率模型為入P7=入b兀E兀Q兀CV兀SR(9)查得環(huán)境系數兀E=

10、8.3質量系數兀Q=0.3電容系數兀CV=1.3申聯(lián)電阻系數兀SR=1基本失效率入b=0.0458X10-6/h本組件使用 fi 電容器4只，故其工作失效率為入P7=0.0458 X 10-6X 8.3 X 0.3 X 1.3 X 1 X 4=0.593 X 10-6/h2.8片狀電容器的工作失效率入P8本組件選用的片狀電容器屆1類瓷介電容器，其工作失效率模型為入P8=入b兀E兀Q兀CV(10)查得環(huán)境系數兀E=6.7質量系數兀Q=0.3電容系數兀CV=1.0基本失效率入b=0.009 X 10%6本組件使用片狀電容器8只，故其工作失效率為入P8=0.009X10-6 X6.7X0.3X IX

11、8=0.14472X10-6/h2.9射頻連接器的工作失效率入P9本組件選用射頻同軸連接器，其工作失效率模型為入P9=入b兀E兀Q兀P兀K兀C(11)查得基本失效率入b=0.0303X10-6/h環(huán)境系數 兀E=4.3質量系數 兀Q=0.4接觸件系數兀P=1.0插拔系數兀K=2.0插孔結構系數兀C=0.3本組件使用射頻連接器2只，故其工作失效率為入P9=0.0303 X 10-6X 4.3 X 0.4 X 1.0 X 2.0 X 0.3 X 2 =0.06254 X 10-6/h2.10印制板的工作失效率入PIO印制板的工作失效率模型為 入P10=(入blN +入b2)兀E兀Q兀C(12)式中

12、，入bi取值為0.00017 X 10-6/h,入b2取值為0.0011 X 10-6/h。金屆化孔數N=40由查得環(huán)境系數兀E=8.0質量系數兀Q=1.0復雜度系數兀C=0.75本組件使用印制板3塊，故其工作失效率為入Pi0= (0.00017 X io-6X 40+0.00017 X 10-6)X 8.0 X 1 X 0.75 X 3=0.12546 X 10-6/h2.11焊接點的工作失效率入Pii焊接點的工作失效率模型為入Pii入P11=入b兀E兀Q(13)查得基本失效率入b=0.000092 x 10-6/h環(huán)境系數兀E=6.0質量系數兀C=1.0本組件共有74個焊接點，其工作失效率

13、為入PII=0.000092 X 10-6X 6.0 X 1 X 74=0.0408 X 10-6/h2.12介質振蕩器的工作失效率 入叩介質振蕩器的工作失效率模型為入P12入P12=入b兀E兀Q(14)查得環(huán)境系數兀E=15質量系數兀C=0.3基本失效率入b=0.14X10-6/h本組件使用介質振蕩器1只，故其工作失效率為入P12=O.14XIO-6X15X 0.3X1=0.63X10-6/h由此，可得出本組件的工作失效率為12入pE/ = (6.84828+0.4954+1.7355+0.268565+0.96+0.12i =1_ _ _ ._ _ _ _ . _ _ _ _ _ _ _、

14、._ -6+0.593+0.14472+0.06254+0.12546+0.0408+0.63 ) X 10=12.024265X 10-6/h故本組件的平均故障間隔時間為MTBFs=1/入PS=83165h3.可靠性分析本組件尚處丁研制階段，樣品雖已完成，但并未投入裝備使用，因而并無故障信息反饋。現采用故障模式影響及危害性分析對設計方案進行可能產生的故障 模式及其影響進行分析，以便為進一步提高產品的可靠性提供基礎資料。3.1可靠性數據分析根據前面計算得到的各種元器件的工作失效率和GJB299B列出的失效率模式分布，計算整理結果如表1所示：7從工作失效率的角度看，可能產生故障的主要元器件有以下

15、幾種：場效應管，工作失效率占總失效率的56.97%;變容管，工作失效率占總失效率的14.43%;單片混頻器，工作失效率占總失效率的4.12%;表1可靠性數據分析表序號名稱工作失效 率失效率白分 比 主要故障模式故障模式頻數比1場效應管6.84828 X 10-656.97%開路40%2介質振蕩器0.63X10-65.24%性能退化40%3單片混頻器_ , T6 0.4954 X 104.12%開路80%4變容管1.7355 X 10-614.43%開路80%5隔離器_-60.96X107.984%開路50%6集成穩(wěn)壓塊0.268565 X 10-62.23%性能退化50%7電阻0.12X10-

16、60. 998%性能退化50%8片狀電容0.14472 X 10-61.20%性能退化43%9鑰電容_ _-60.593 X 104.93%性能退化50%10射頻連接器0.06254 X 10-60.52%磁鋼脫落50%11印制板0.12546 X 10-61.043%孔化不良60%12焊接點0.0408 X 10-60.34%虛焊60%介質振蕩器，工作失效率占總失效率的5.24%;隔離器，工作失效率占總失效率的7.98%。上面5種元器的工作失效率之和占總失效率的88.74%,特別是場效應管的工作失效率占了總失效率的將近50%對本組件工作可靠性的影響尤為突出，在 元器件選擇和裝配時應特別加以注

17、意。3.2.故障模式影響故障模式影響是分析元器件主要故障對組件產生的后果，并將其進行嚴酷度分類。嚴酷度類別是元器件故障造成的最壞潛在后果的表示。根據嚴酷度的一般分類原則，可把本組件的嚴酷度分為三類。皿類（致命的）一這種故障會引起重在經濟損失或導致任務失敗。用類（臨界的）一這種故障會引起一定的經濟損失或導致任務降級。w類（輕度的）一這種故障不會引起明顯的經濟損失或系統(tǒng)任務的完成，但會導致非計劃性維護和修理。本組件的故障模式影響分析如表2所示。8故障模式及影響分析表序號名稱故障模式故 障原 因故 障 影 響補 償措施度類 別1場效應管開路引腳土帶線 接觸不好場放不工作，組件無接 收功能，導致任務失

18、敗管腳補焊II類2介質振 蕩器能降性下粘結不牢頻率移出所需的范圍重新粘接m類3單片混 頻器開路虛焊組件無中頻輸出補焊II類4變容管1短路靜電引起頻率電調諧無法實現更換器件II類5隔離器磁鋼脫落膠粘不牢插損變大重新粘接IV類6集成穩(wěn) 壓器開路器件老化增益變差，導致任務降 級更換器件m類7電阻器開路虛焊組件性能變差補焊IV類8片狀電 容器短路電壓擊穿組件性能變差更換器件IV類9鑰電容 器短路電壓擊穿組件性能變差更換器件IV類10射頻連接觸不良孔黃張開組件性能變差更換器件IV類11印制板孔化不良電鍍質量差組件性能變差修理孔化 點IV類12焊接點虛焊焊腳氧化， 焊錫少。組件性能變差補焊IV類由上表可知

19、，從故障影響嚴酷度的角度看，屆丁U類嚴酷度的有2種元器 件：場效應管，單片混頻器。屆丁用類嚴酷度的有3種元器件：介質振蕩器，變 容管，三端穩(wěn)壓器。其余的屆丁IV類。3.3危害性分析根據故障模式的嚴酷度和故障模式發(fā)生概率所產生的影響，可以定量的對可能產生的故障模式造成的影響進行危害度分析。故障模式危害度的計算公式為Cmj%pj % 0jt(14)式中，Cj第j種元器件的故障模式危害度舄向一第j種元器件的工作失效率aj 第j種兀器件的故障模式頻數比9Pj第j種元器件的故障影響概率t工作時間，為簡化結果，以106h計本組件的危害性分析如表3所示：表3危害性分析表序號名 稱故障模式嚴酷度類別故障率(p

20、j)故障模式頻數(otj)故障影響概 率(j故障模式 危害度(Cmj)1場效應管開路II類6.84828X10-640%12.7392介質 振蕩器能降性下m類0.63X10-650%0.50.15753單片 混頻器開路II類0.4954X10-680%0.80.3174變容管短路II類1.7355X10-660%0.40.4165隔離器磁鋼脫落IV類0.96X10-650%0.050.0246集成穩(wěn) 壓器開路m類0.268565X10-650%0.20.0277電阻器開路IV類0.12X10-692%0.040.0048片狀 電容器短路IV類0.14472X10-673%0.030.00329鑰電容器短路IV類0.593X10-675%0.030.013310射頻 連接器接觸不良IV類0.06254X10-660%0.020.000811印制板孔化不良IV類0.12546_ -6X1060%0.020.001512焊接點虛焊IV類0.0408X10-660%0.020.0005根據上表中算出的危害度的大小，可以對本組件中使用的元器件進行排序為場效 應管、變容管、單片混頻器、介質振蕩器、集成穩(wěn)壓器、隔離器、鑰電容器、電 阻器、片狀電容器、印制板、