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    重庆时时彩投注平台下载: 针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610992573.6

    申请日:

    2016.11.10

    公开号:

    CN106570290A

    公开日:

    2017.04.19

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20161110|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 北京航空航天大学
    发明人: 吕旭波; 黄姣英; 高成; 崔灿
    地址: 100191 北京市海淀区学院路37号
    优先权:
    专利代理机构: 北京慧泉知识产权代理有限公司 11232 代理人: 王顺荣;唐爱华
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610992573.6

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.05.17|||2017.04.19

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法,其步骤如下:一:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的目标层;二:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的准则层;三:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的关键要素层;通过以上步骤,使得对于某一类具体混合集成电路的评价不再是无从下手或者只是对整体做判断,而是能够从多角度,多层次,多细节方面分别作出具体评价,更加完整并合理地把握评价过程,解决了混合复杂电路的可靠性指标评价问题。本发明提供的基于层次分析法中的结构模型思想和工作分解结构的要素分类思想的混合集成电路层次构建方法可以对某型DC?DC电源??榻胁愦喂菇?。

    权利要求书

    1.一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法,其特征在于:其步骤
    如下:
    步骤一:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的目标层;在这里,目标层就是待评价
    混合集成电路的可靠性指标;
    步骤二:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的准则层;准则层是影响目标层的各
    个方面的因素,包括功能、设计、制造工艺、材料、环境、封装以及后期保障性;这些方面覆盖
    了混合集成电路从设计生产到制造以及之后的使用的全生命周期,能全面涉及到每个方
    面;
    步骤三:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的关键要素层;关键要素层的组成,是
    对准则层的每个准则,进一步细分,得到该准则的具体可选方案;如果某些关键要素还需要
    进一步明确地划分,则加入新的一层;
    通过以上步骤,使得对于某一类具体混合集成电路的评价不再是无从下手及只是对整
    体做判断,而是能够从多角度,多层次,多细节方面分别作出具体评价,更加完整并合理地
    把握评价过程,解决了混合复杂电路的可靠性指标评价问题。
    2.根据权利要求1所述的一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方
    法,其特征在于:在步骤一中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的目标层”,其
    具体作法如下:设定需要评价的混合集成电路功能类型和具体型号,并设定需要评价的可
    靠性指标,作为目标层的具体含义。
    3.根据权利要求1所述的一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方
    法,其特征在于:在步骤二中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的准则层”,其
    具体作法如下:从该目标的设计生产环节直至使用维护环节,对影响目标层的各方面因素
    进行综合分析、筛选,将影响因素分成各大类,作为准则层的具体含义。
    4.根据权利要求1所述的一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方
    法,其特征在于:在步骤三中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的关键要素
    层”,其具体作法如下:对准则层的每一个准则,从更加具体的技术方式方法、指标参数、特
    性各方面细分,作为影响每一个准则的关键要素。

    说明书

    针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法

    一、技术领域:

    本发明提供一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法,它是一
    种混合集成电路多元信息提取以及层次结构构建的方法,它涉及一种DC-DC电源??榈牟?br />次结构构建方法。它结合了层次分析法(即AHP)中的结构模型思想和工作分解结构(即WBS)
    的要素分类思想,在DC-DC电源??榈目煽啃云兰酃ぷ髦?,对影响该指标的各个要素进行层
    次分解和归类,对后续的量化计算过程起到参考作用,属于电子元器件的可靠性评价领域。

    二、背景技术:

    近年来,随着各国军事科技与武器装备等的迅猛发展,不仅对电子元器件的需求
    越来越大,对其可靠性要求还越来越高?;旌霞傻缏芬云涞缱釉骷问段Э?、精度和
    稳定性高、电路设计灵活性大、研制生产周期短等特点广泛应用于电子设备。对于电子元器
    件是否可用且可靠,往往是针对具体情况具体分析:比如针对机载环境,对元器件进行温度
    冲击、振动、温度循环等验证性试验。然而在混合集成电路上具有各种功能的电子元器件并
    存在不同的电气互联,元器件对整个系统的影响并没有很清楚的了解,没有过多的实际应
    用经验,只是针对应用条件及环境不能保证元器件可用且可靠。如果对整个混合集成电路
    的可靠性不了解,一旦出现问题,造成的损失将不可预估,因此研究混合集成电路的可靠性
    评价是必须且必要的。

    DC-DC电源??槭且恢止惴河τ糜诤娇?、航天和舰载的武器装备等军事领域的开
    关电源电路,属于混合集成电路的一种,具有体积小、质量轻、功率密度高、转换效率高等优
    点。该??槭导噬弦彩且桓龈呒啥鹊母丛拥缱酉低?,内部包含集成电路、电阻、电容、半导
    体分立器件、变压器、电感器等大量电子元器件,其制造工艺过程也极其复杂。其研制生产
    过程采用的设计技术、封装工艺、材料、元器件等技术要素成熟度如何,将直接影响其在武
    器装备中的应用。

    对于混合集成电路的可靠性指标评价,最基本也是最重要的一步是建立合适清晰
    的层次结构,而层次结构的准确建立,取决于对待评价目标的各个影响要素的有效分解和
    归类,合理全面地对待评价目标在层次上和关键要素上进行分析归纳。

    因此,本发明针对某一款型号的DC-DC电源??檎箍芯?,结合层次分析法(即
    AHP)中的结构模型思想和工作分解结构(即WBS)的要素分类思想,对影响其可靠性指标的
    各个要素进行层次分解和归类,最终形成一套适用于混合集成电路的层次结构构建方法,
    为定量的可靠性指标分析提供可靠的依据。

    三、发明内容:

    1、目的:本发明的目的是提供提供一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次
    结构构建方法,即混合集成电路多元信息提取以及层次结构构建的方法,它是结合了层次
    分析法(即AHP)中的结构模型思想和工作分解结构(即WBS)的要素分类思想,形成一套针对
    混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法,并使用此方法对DC-DC电源??榈牟?br />次结构进行准确建立。

    2、技术方案:

    本发明是通过以下技术方案实现的:

    该方法立足于层次分析法的基本结构,将整个层次结构分为目标层、准则层和关
    键要素层。三个层次呈金字塔型结构,目标层居于最顶层,代表最终待决策的目标;准则层
    则是影响目标的多个标准或因素,通常有若干个;最下层则是对各个准则的进一步具体细
    分成关键要素。目标层、准则层和关键要素层之间属于总分关系。

    本发明一种针对混合集成电路可靠性指标评价的层次结构构建方法,其步骤如
    下:

    步骤一:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的目标层;在这里,目标层就是待
    评价混合集成电路的可靠性指标;

    步骤二:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的准则层;准则层主要是影响目
    标层的各个方面的因素,包括功能、设计、制造工艺、材料、环境、封装以及后期保障性,如图
    1所示;这些方面覆盖了混合集成电路从设计生产到制造以及之后的使用的全生命周期,基
    本可以全面涉及到每个方面;

    步骤三:确定混合集成电路可靠性评价层次结构的关键要素层;关键要素层的组
    成,是对准则层的每个准则,进一步细分,得到该准则的具体可选方案;如果某些关键要素
    还需要进一步明确地划分,那么可以适当地加入新的一层;

    功能准则主要分为三个关键要素,分别是电气特性、频率特性和温度特性,如图2
    所示。

    电气特性的代表性要素又可以分为数字信号、模拟信号、电压和功耗;

    针对电气特性中的电压要素,又可进一步细分为电压范围和电压稳定性;

    频率特性的代表性要素又可以分为噪声、时间参数、带宽和纹波;

    设计准则主要分为两个关键要素,分别是内装元器件的选择和整体可靠性设计,
    如图3所示。

    内装元器件的选择又可以按照选用类型、电性能要求、工艺适应性、选用标准和质
    量四个方面进一步细分。

    选用类型可以分为有源器件、无源器件和单片集成电路;

    电性能要求主要电性能要求重点关注元器件电性能参数额定值能否满足HIC极限
    设计和降额设计的要求。

    工艺适应性主要从元器件结构形式和元器件体积两个维度考虑;

    选用标准主要分为QRL和QPL;

    元器件质量的判断则从是否通过稳态高温寿命试验、是否通过老练筛选试验、是
    否通过破坏性物理分析试验、是否有断档的风险等几个方面考虑。

    整体可靠性设计从功能方面主要是进行降低复杂度和功耗,实施版图尺寸、功能
    容差和裕度、热分布和散热、布线以及必要的防护等方面的可靠性设计,以消除和控制其可
    能出现的时效模式,使产品功能在规定条件下和规定时间内获得较为稳定的结果。因此从
    功能的角度细分,可以将整体可靠性设计分为简化设计、冗余设计、低功耗设计、降额设计、
    热设计以及裕度设计。从环境适应性方面的可靠性设计主要分为耐环境设计、电磁兼容设
    计、防噪声设计、防辐射设计、防静电设计以及防瞬态设计。

    特别地,对于降额设计,又可以按照降额等级分为I、II、III级降额;

    热设计可以按照设计制造环节和使用环节继续细分;

    按照设计制造环节,可分成热匹配设计和降低热阻两方面;

    按照使用过程,则可以考虑采用何种散热方式以及整个电路的安装和布局情况。

    耐环境设计可以按照耐力学环境设计、耐高温环境设计和“三防”设计分成三个部
    分。

    耐力学环境设计又可分为消源设计和抗震设计。

    “三防”设计则是分成防潮湿、防盐雾、防霉菌三个方面。

    电磁兼容设计从屏蔽设计、滤波设计和接地设计三方面考虑。

    防辐射设计可以细分为抗电离总剂量效应、抗单粒子效应和应用中抗辐射情况。

    抗电离总剂量效应可以按照是否进行设计加固、是否进行工艺加固和是否进行材
    料加固来判断。

    抗单粒子效应可以按照是否增加反馈电路和SOI工艺加固来判断。

    应用中抗辐射情况可分为是否进行屏蔽加固设计、是否进行冗余加固设计、是否
    进行抗单粒子锁定设计和是否有看门狗电路设计等四个方面。

    防静电设计通常从生产设计环节和使用环节两方面来分析。

    生产设计环节的防静电设计主要分成网络?;?、器件?;ず褪欠裼蟹谰驳绨叭?br />器。

    使用环节的防静电设计则主要考虑防静电器材和设施。

    防瞬态设计从六个方面来考虑,分别是过压?;さ缏?、过流?;さ缏?、短路?;さ?br />路、过热?;さ缏?、欠压?;さ缏泛臀妊贡;さ缏?。

    工艺准则主要分为组装工艺、粘接工艺、键合工艺、焊接工艺和封装工艺等五个关
    键要素,如图4所示。

    混合集成电路的组装工艺主要分为HIC组装技术、MCM组装技术、SOC组装技术、SOP
    组装技术和SiP组装技术。

    其中HIC组装技术又可以按照厚膜、薄膜和厚薄膜兼顾分为厚膜HIC、薄膜HIC、厚
    薄膜HIC。厚膜HIC采用丝网印刷、烧结等厚膜工艺,在陶瓷基板上制作导体、电阻,并在同一
    基板上组装分立器件芯片或单片集成电路芯片或其他微型芯片,然后进行封装形成混合集
    成电路。薄膜工艺则是采用真空蒸发或者溅射技术在硅片、玻璃或陶瓷基板上制作导体、电
    阻,并在同一基板上组装分立器件芯片或单片集成电路芯片或其他微型芯片,然后进行封
    装形成混合集成电路。

    MCM组装技术又叫多芯片组件组装技术。它使用高密度多层互联基板,层间由通孔
    相连,极板上组装多个IC裸芯片,经过封装成为一个高密度、多功能的电子组件。按照其基
    板的制造技术,可分为MCM-L、MCM-C、MCM-D、MCM-C/D、MCM-L/D等五类。

    混合集成电路的粘接工艺可以按照粘接材料的不同分成绝缘胶粘接、导电胶粘接
    和焊料粘接。

    混合集成电路的键合工艺可以从工艺方式、键合形态和键合时间三个角度分类。

    工艺方式可分为热压焊、超声焊、热声焊、超声热压焊以及倒装片焊接。

    键合形态主要分为两种:球形焊和楔形焊。

    键合参数方面可分成内引线弧度、键合强度和键合时间。

    混合集成电路的焊接工艺可分为手工焊接技术和自动焊接技术。

    手工焊接技术又可以细分为回流焊、气相焊、波峰焊、浸焊、重熔焊。

    混合集成电路的封装工艺可分为插装型封装和表面安装型封装。

    材料准则主要从封装材料、基板材料、引线材料三方面分类,如图5所示。

    封装材料可以分为玻璃封装、金属封装、陶瓷封装、塑料封装、灌注封装。

    基板材料可以分为陶瓷基板、微晶玻璃基板、硅基板和印刷电路板。

    引线材料可以按照外引线、内引线和引线框架进一步细分。

    外引线材料分为金膜和铝膜。

    内引线材料分为金线、铝线和铜线。

    引线框架材料分为铜、可伐合金、铝。

    环境适应性准则主要考虑贮存环境和使用环境下的适应性,如图6所示。

    贮存环境下的适应性主要分为防潮、防腐、防锈、防老化、防静电。

    使用环境下的适应性主要分为温度冲击、温度循环、随机振动、机械振动、低气压、
    空间辐射等。

    元器件电装准则可以从电装特性和电装技术两方面考虑,如图7所示。

    电装特性分为引线镀层质量、标识、尺寸、体积、重量。

    电装技术分为表面安装技术和通孔安装技术。

    长期可靠性保障准则下的关键要素可分为寿命、研制进度、系统兼容性、批次间一
    致性、关键参数一致性、生产合格证、元器件手册、元器件技术规范、元器件技术资料,如图8
    所示。

    生产合格证又可以从元器件类别、名称、型号规格、数量、生产单位、生产日期、质
    量等级、批次、筛选要求等方面细分。

    元器件手册可以从规定参数、规定性能、规定环境、规定时间、典型应用、注意事
    项、防护措施等方面细分。

    元器件技术资料可以从技术指标、主要性能参数、质量保证等级、工作温度范围、
    总规范和执行标准、失效及分析信息等方面细分。

    其中,在步骤一中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的目标层”,其
    具体作法如下:设定需要评价的混合集成电路功能类型和具体型号,并设定需要评价的可
    靠性指标,例如技术成熟度、可用性、保障性等,作为目标层的具体含义;

    其中,在步骤二中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的准则层”,其
    具体作法如下:从该目标的设计生产环节直至使用维护环节,对影响目标层的各方面因素
    进行综合分析、筛选,将影响因素分成若干大类,作为准则层的具体含义;

    其中,在步骤三中所述的“确定混合集成电路可靠性评价层次结构的关键要素
    层”,其具体作法如下:对准则层的每一个准则,从更加具体的技术方式方法、指标参数、特
    性等方面细分,作为影响每一个准则的关键要素;

    通过以上步骤,使得对于某一类具体混合集成电路的评价不再是无从下手或者只
    是对整体做判断,而是能够从多角度,多层次,多细节方面分别作出具体评价,更加完整并
    合理地把握评价过程,解决了混合复杂电路的可靠性指标评价问题。

    3、优点及功效

    本发明提供一种DC-DC电源??榈牟愦谓峁构菇ǚ椒?,结合层次分析法(即AHP)中
    的结构模型思想和工作分解结构(即WBS)的要素分类思想,对影响其可靠性指标的各个要
    素进行层次分解和归类,能够帮助建立合适清晰的层次结构,而层次结构的准确建立,是后
    续开展准确有效的可靠性指标分析计算的基础,是整个可靠性指标评价过程中不可或缺的
    重要环节。

    在已开展的某型DC-DC电源??榈牟愦谓峁构菇ㄖ?,依据混合集成电路层次结构,
    对该型DC-DC电源??榻刑匾煨砸胤治黾翱剂?,对准则和关键要素有选择地取舍,使之
    符合该型DC-DC电源??榈氖导手圃旌褪褂们榭?。层次构建结果表明,基于混合集成电路的
    层次结构及要素分解能够较好地适用于该型DC-DC电源???。因此,本发明提供的基于层次
    分析法(即AHP)中的结构模型思想和工作分解结构(即WBS)的要素分类思想的混合集成电
    路层次构建方法可以对某型DC-DC电源??榻胁愦喂菇?。

    4、附图说明

    (1)图1为目标层及准则层结构框图。

    (2)图2为功能准则下的子结构框图。

    (3)图3为设计准则下的子结构框图,由于框图结构复杂,故分为A,B,C三个部分。A
    部分为设计准则及其关键要素结构图,B、C部分分别为关键要素下的细分子结构框图。

    (4)图4为工艺准则下的子结构框图。

    (5)图5为材料准则下的子结构框图。

    (6)图6为环境适应性准则下的子结构框图。

    (7)图7为电装准则下的子结构框图。

    (8)图8为长期可靠性准则下的子结构框图。

    (9)图9为本发明所述方法流程图。

    具体实施方式

    本发明选择的DC-DC电源??槲豢罡呖煽康腍VSA28S5型DC-DC变换器,采用推挽
    式结构,可以在28V输入电压下工作,最大功率为45W,该电路外壳为金属全密封结构,不带
    固定端,采用单层厚膜基板,未使用芯片组装技术和多层布线工艺,由于空间不足,该电路
    采用了元件叠焊工艺,该电路通过在基片上焊接铝片的工艺,避免了引线键合中铝线上的
    金铝键合点,结合具体的实际案例,对本发明所述的一种针对混合集成电路可靠性指标评
    价的层次结构构建方法,即一种适用于混合集成电路的多元信息提取以及层次结构构建的
    方法,见图9所示,其具体实施步骤如下:

    步骤一:设定该型DC-DC电源??楣δ芾嘈秃途咛逍秃?,并设定需要评价的可靠性
    指标,例如技术成熟度、可用性、保障性等,作为目标层的具体含义,确定该型DC-DC电源模
    块的可靠性评价层次结构的目标层。在这里,目标层就是待评价该型DC-DC电源??榈目煽?br />性指标;

    步骤二:从该目标的设计生产环节直至使用维护环节,对影响目标层的各方面因
    素进行综合分析、筛选,将影响因素分成若干大类,作为准则层的具体含义,确定该型DC-DC
    电源??榈目煽啃云兰鄄愦谓峁沟淖荚虿?。DC-DC电源??槭粲诘湫突旌霞傻缏防啾?,混
    合集成电路层次结构中的各个准则层依旧适用于该型DC-DC电源???。因此,将该型DC-DC
    电源??榈淖荚虿惴治δ茏荚?、设计准则、工艺准则、材料准则、环境适应性准则、电装准
    则以及长期可靠性准则等七个准则,如图1所示;

    步骤三:对准则层的每一个准则,从更加具体的技术方式方法、指标参数、特性等
    方面细分,作为影响每一个准则的关键要素,确定该型DC-DC电源??榭煽啃云兰鄄愦谓峁?br />的关键要素层。

    该型DC-DC电源??槭粲诘湫突旌霞傻缏?,因此在功能准则下不存在关键要

    素的缺失,可分为电气特性、频率特性和温度特性三个关键要素,如图2所示。

    电气特性的代表性要素又可以分为数字信号、模拟信号、电压和功耗;

    针对电气特性中的电压要素,又可进一步细分为电压范围和电压稳定性。

    频率特性的代表性要素又可以分为噪声、时间参数、带宽和纹波。

    设计准则主要分为两个关键要素,分别是内装元器件的选择和整体可靠性设计,
    如图3所示。

    内装元器件的选择又可以按照选用类型、工艺适应性、选用标准和质量四个方面
    进一步细分。

    选用类型可以分为有源器件、无源器件和单片集成电路;

    工艺适应性主要从元器件结构形式和元器件体积两个维度考虑;

    选用标准主要分为QRL和QPL;

    元器件质量的判断则从是否通过稳态高温寿命试验、是否通过老练筛选试验、是
    否通过破坏性物理分析试验、是否有断档的风险等方面考虑。

    DC-DC电源??榭煽啃陨杓品治蚧杓?、冗余设计、低功耗设计、降额设计、热设
    计以及裕度设计。从环境适应性方面的可靠性设计主要分为耐环境设计、电磁兼容设计、防
    噪声设计、防静电设计以及防瞬态设计。由于DC-DC电源??榈氖褂没肪炒蠖辔孛嫫胀ɑ?br />境,故防辐射设计可以从设计要素中删除。每种设计方式下属的细分考量因素都和混合集
    成电路的考量因素保持相同。

    工艺准则主要分为组装工艺、粘接工艺、键合工艺、焊接工艺和封装工艺等五个关
    键要素,如图4所示。

    根据HVSA28S5型DC-DC电源??榈南晗腹娣?,该型DC-DC电源??椴捎玫氖呛衲せ?br />合集成工艺和MCM组装技术。因此在组装工艺关键要素下保留HIC工艺以及MCM组装技术。

    该型DC-DC电源??椴捎玫恼辰庸ひ帐堑嫉缃赫辰蛹际?。

    该型DC-DC电源??椴捎玫囊呒瞎ひ瞻ㄈ妊购负统?,键合形态包括球
    形焊和楔型焊,键合参数方面可分成内引线弧度、键合强度和键合时间。

    该型DC-DC电源??椴捎玫暮附庸ひ帐亲远附蛹际?。

    材料准则主要从封装材料、基板材料、引线材料三方面分类,如图5所示。

    该型DC-DC电源??榈姆庾安牧衔鹗?。

    该型DC-DC电源??榈幕宀牧衔∷⒌缏钒?。

    该型DC-DC电源??榈囊卟牧峡梢园凑胀庖?、内引线和引线框架进一步细分。

    外引线材料主要为金膜和铝膜。

    内引线材料主要为金线、铝线。

    引线框架材料主要为铜。

    环境适应性准则主要考虑贮存环境和使用环境下的适应性,如图6所示。

    贮存环境下的适应性主要分为防潮、防腐、防锈、防老化、防静电。

    使用环境下的适应性主要分为温度冲击、温度循环、随机振动、机械振动。低气压
    和空间辐射这两种使用环境可有选择删除。

    电装准则主要考虑电装特性和电装技术,如图7所示。

    该型DC-DC电源??榈缱疤匦苑治叨撇阒柿?、标识、尺寸、体积、重量。

    该型DC-DC电源??榈牡缱凹际跏峭装沧凹际?。

    长期可靠性保障准则下的关键要素可分为寿命、研制进度、系统兼容性、批次间一
    致性、关键参数一致性、生产合格证、元器件手册、元器件技术规范、元器件技术资料。其具
    体细分要素与混合集成电路划分方式相同,如图8所示。

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    针对 混合 集成电路 可靠性 指标 评价 层次 结构 构建 方法
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