WHH-X-06型
VCO 混 频 器 组 件
可靠性分析报告
拟制：
审核：
批准：
XXX研究所
二○xx年九月
VCO混频器组件可靠性分析报告
1.元器件清单
本组件选用元器件如下：
2 可靠性预计
VCO混频组件由混频器、VCO二个功能模块组成。元器中包括8类11种30个。其中任一元器件失效，都将造成整个组件失效，即组件正常工作的条件是各元器件的正常工作。因此，本组件的可靠性模型是一个串联模型。
本组件是可修复产品，寿命服从指数分布，根据可靠性理论，其平均故障间隔时间与失效率成反比，即
MTBFs = 1/
（1）
由于本组件已完成初样的研制，现已转入正样设计阶段，所用元器件的种类、型号规格、质量水平、工作应力及环境条件都已基本确定，其失效率因子等有关可靠性参数可以从《GJB/Z299B-98电子设备可靠性预计手册》查到，因此采用应力分析法来预计本组件的可靠性指标。
已知本组件工作于飞机座舱内，环境代号AIF，工作温度
-45℃~+60℃。现对其可靠性指标计算如下：
2.1场效应管的工作失效率λP1
本组件所用场效应管属低噪声类型，其工作失效率模型为
λP1 = λbπEπQπAπTπM （2）
由表5.1.2.4-1查得基本失效率λb =0.408×10-6/h
由表5.1.2.4-2查得环境系数πE =15
由表5.1.2.4-3查得质量系数πQ =0.05
由表5.1.2.4-4查得应用系数πA =3
由表5.1.2.4-5查得温度系数πT =3.73
由表5.1.2.4-6查得匹配网络系数πM =1
本组件使用场效应管2只，故其工作失效率为
λP1 = 0.408×10-6×15×0.05×3×3.73×1×2=6.84828×10-6/h
2.2单片混频器的工作失效率λP2
单片混频器是矩形8引出端密封扁平封装的半导体集成电路，其工作失效率模型为。
λP2 =πQ [C1πTπV +（C2+ C3）πE] πL （3）
由表5.1.1.1-2查得环境系数πE =17
由表5.1.1.1-3查得质量系数πQ =0.5
由表5.1.1.1-4查得成熟系数πL=1.0
由表5.1.1.1-6查得温度应力系数πT=0.8
由表5.1.1.1-12查得电压应力系数πV=1.0
由表5.1.1.1-16查得电路复杂度失效率C1=0.346×10-6/h
C2=0.020×10-6/h
由表5.1.1.1-28查得封装复杂度失效率C3=0.022×10-6/h
本组件使用1只单片混频器，故其工作失效率为
λP2=0.50×[0.346×10-6×0.8×1+（0.020+0.022）×10-6×17]
×1×1
=0.4954×10-6/h
2.3变容管的工作失效率λP3
本组件所用的检波管为微波砷化镓二极管型，其工作失效率模型为λP3 =λbπEπQ πK
由表5.1.2.10-1查得环境系数πE =13
由表5.1.2.10-2查得质量系数πQ =0.5
由表5.1.2.10-3查得质量系数πK =0.5
由表5.1.2.10-5查得基本失效率λb =0.534×10-6/h
本组件使用变容管1只，故其工作失效率为
λP3 =0.534×10-6×13×0.5×0.5=1.7355×10-6/h
2.4三端稳压器的工作失效率λP4
三端稳压器是园形3引出端密封金属壳封装的半导体集成电路，其工作失效率模型为
λP4 =πQ [C1πTπV +（C2+ C3）πE] πL （4）
由表5.1.1.1-2查得环境系数πE =17
由表5.1.1.1-3查得质量系数πQ =0.5
由表5.1.1.1-4查得成熟系数πL=1.0
由表5.1.1.1-6查得温度应力系数πT=1.51
由表5.1.1.1-12查得电压应力系数πV=1.0
由表5.1.1.1-16查得电路复杂度失效率C1=0.263×10-6/h
C2=0.010×10-6/h
由表5.1.1.1-28查得封装复杂度失效率C3=0.004×10-6/h
本组件使用三端稳压器1只，故其工作失效率为
λP4 =0.50[0.263×10-6×1.51×1+（0.010+0.004）×10-6×10]
×1×1
=0.268565×10-6/h
2.5隔离器工作失效率λP5
隔离器为磁性器件，其工作失效率模型为
λP5 =λbπE （6）
由表5.1.13-1查得基本失效率λb =0.08×10-6/h
由表5.1.13-2查得环境系数πE =6.0
本组件使用2只隔离器，故其工作失效率为
λP5 = 0.08×10-6×6.0×2=0.96×10-6/h
2.6金属膜电阻器和片状电阻器的工作失效率λP6
本组件选用的固定电阻器，其工作失效率模型为
λP6=λbπEπQπR （7）
由表5.1.4.2-1查得环境系数得πE =5.0
由表5.1.4.2-2查得质量系数得πQ =0.3
由表5.1.4.2-3查得阻值系数得πR =1.0
由表5.1.4.2-5查得基本失效率λb=0.01×10-6/h
本组件使用固定电阻器8只，故其工作失效率为
λP6 =0.01×10-6×5.0×0.3×1.0×8=0.12×10-6/h
2.7钽电容器的工作失效率λP7
本组件选用固体钽电解电容器，其工作失效率模型为
λP7=λbπEπQπCVπSR （9）
由表5.1.6.6-1查得环境系数πE=8.3
由表5.1.6.6-2查得质量系数πQ=0.3
由表5.1.6.6-3查得电容系数πCV=1.3
由表5.1.6.6-4查得串联电阻系数πSR=1
由表5.1.6.6-6查得基本失效率λb=0.0458×10-6/h
本组件使用钽电容器4只,故其工作失效率为
λP7=0.0458×10-6×8.3×0.3×1.3×1×4=0.593×10-6/h
2.8片状电容器的工作失效率λP8
本组件选用的片状电容器属1类瓷介电容器，其工作失效率模型为
λP8=λbπEπQπCV （10）
由表5.1.6.5-1查得环境系数πE=6.7
由表5.1.6.5-2查得质量系数πQ=0.3
由表5.1.6.5-3查得电容系数πCV=1.0
由表5.1.6.5-5查得基本失效率λb=0.009×10-6/h
本组件使用片状电容器8只，故其工作失效率为
λP8=0.009×10-6×6.7×0.3×1×8=0.14472×10-6/h
2.9射频连接器的工作失效率λP9
本组件选用射频同轴连接器，其工作失效率模型为
λP9=λbπEπQπPπKπC （11）
由表5.1.10-2查得基本失效率λb=0.0303×10-6/h
由表5.1.10-3查得环境系数πE=4.3
由表5.1.10-4查得质量系数πQ=0.4
由表5.1.10-5查得接触件系数πP=1.0
由表5.1.10-6查得插拔系数πK=2.0
由表5.1.10-9查得插孔结构系数πC=0.3
本组件使用射频连接器2只，故其工作失效率为
λP9=0.0303×10-6×4.3×0.4×1.0×2.0×0.3×2 =0.06254×10-6/h
2.10印制板的工作失效率λP10
印制板的工作失效率模型为
λP10=（λb1N+λb2）πEπQπC （12）
式中，λb1取值为0.00017×10-6/h，λb2取值为0.0011×10-6/h。
金属化孔数N=40
由表5.1.12.1-1查得环境系数πE=8.0
由表5.1.12.1-2查得质量系数πQ=1.0
由表5.1.12.1-3查得复杂度系数πC=0.75
本组件使用印制板3块，故其工作失效率为
λP10=（0.00017×10-6×40+0.00017×10-6）×8.0×1×0.75×3
= 0.12546×10-6/h
2.11焊接点的工作失效率λP11
焊接点的工作失效率模型为λP11
λP11=λbπEπQ （13）
由表5.1.12.2-1查得基本失效率λb=0.000092×10-6/h
由表5.1.12.2-2查得环境系数πE =6.0
由表5.1.12.2-3查得质量系数πQ=1.0
本组件共有74个焊接点,其工作失效率为
λP11=0.000092×10-6×6.0×1×74=0.0408×10-6/h
2.12介质振荡器的工作失效率λP12
介质振荡器的工作失效率模型为λP12
λP12=λbπEπQ （14）
由表5.1.14-1查得环境系数πE=15
由表5.1.14-2查得质量系数πQ=0.3
基本失效率λb=0.14×10-6/h
本组件使用介质振荡器1只，故其工作失效率为
λP12=0.14×10-6×15×0.3×1=0.63×10-6/h
由此，可得出本组件的工作失效率为
λPS=
=（6.84828+0.4954+1.7355+0.268565+0.96+0.12
+0.593+0.14472+0.06254+0.12546+0.0408+0.63）×10-6
= 12.024265×10-6/h
故本组件的平均故障间隔时间为
MTBFs=1/λPS =83165h
3. 可靠性分析
本组件尚处于研制阶段，样品虽已完成，但并未投入装备使用，因而并无故障信息反馈。现采用故障模式影响及危害性分析对设计方案进行可能产生的故障模式及其影响进行分析，以便为进一步提高产品的可靠性提供基础资料。
3.1可靠性数据分析
根据前面计算得到的各种元器件的工作失效率和GJB299B列出的失效率模式分布，计算整理结果如表1所示：
从工作失效率的角度看，可能产生故障的主要元器件有以下几种：
场效应管，工作失效率占总失效率的56.97%；
变容管，工作失效率占总失效率的14.43%；
单片混频器，工作失效率占总失效率的4.12%；
表1 可 靠 性 数 据 分 析 表
介质振荡器，工作失效率占总失效率的5.24%；
隔离器，工作失效率占总失效率的7.98% 。
上面5种元器的工作失效率之和占总失效率的88.74%，特别是场效应管的工作失效率占了总失效率的将近50%。对本组件工作可靠性的影响尤为突出，在元器件选择和装配时应特别加以注意。
3.2.故障模式影响
故障模式影响是分析元器件主要故障对组件产生的后果，并将其进行严酷度分类。
严酷度类别是元器件故障造成的最坏潜在后果的表示。根据严酷度的一般分类原则，可把本组件的严酷度分为三类。
Ⅱ类（致命的）—这种故障会引起重在经济损失或导致任务失败。
Ⅲ类（临界的）—这种故障会引起一定的经济损失或导致任务降级。
Ⅳ类（轻度的）—这种故障不会引起明显的经济损失或系统任务的完成，但会导致非计划性维护和修理。
本组件的故障模式影响分析如表2所示。
故 障 模 式 及 影 响 分 析 表
由上表可知，从故障影响严酷度的角度看，属于Ⅱ类严酷度的有2种元器件：场效应管，单片混频器。属于Ⅲ类严酷度的有3种元器件：介质振荡器，变容管，三端稳压器。其余的属于Ⅳ类。
3.3危害性分析
根据故障模式的严酷度和故障模式发生概率所产生的影响，可以定量的对可能产生的故障模式造成的影响进行危害度分析。
故障模式危害度的计算公式为
Cmj=
t （14）
式中，Cmj—第j种元器件的故障模式危害度
—第j种元器件的工作失效率
—第j种元器件的故障模式频数比
—第j种元器件的故障影响概率
t —工作时间，为简化结果，以106h计。
本组件的危害性分析如表3所示：
表3 危害性分析表
根据上表中算出的危害度的大小，可以对本组件中使用的元器件进行排序为场效应管、变容管、单片混频器、介质振荡器、集成稳压器、隔离器、钽电容器、电阻器、片状电容器、印制板、焊点和射频连接器。
另外，根据上表可以算出各类故障模式危害度之和。
Ⅱ类故障模式危害度之和为
CrⅡ=
Cmj=（2.739+0.317+0.416）=3.472
Ⅲ类故障模式危害度之和为
CrⅢ=
Cmj=0.1575+0.027=0.1845
Ⅳ类故障模式危害度之和为
CrⅣ=
Cmj=0.024+0.004+0.0032+0.0133+0.0008+0.0015
+0.0005
=0.0473
4.结论和建议
由上面的可靠性数据分析,故障模式影响分析和危害度分析,可以得出以下结论:
1.本组件的平均故障间隔时间大于80,000小时。影响本器件工作 可靠性的首要器件是场效应管。目前选用的场效应管是普通工业型号的进口器件。若要大幅度提高本组件的可靠性，宜选用相应的军用型号。
2.根据前面的分析及可靠性关键件和重要的判别准则，可以确定本组件的关键件和重要件为：场效应管、变容管、单片混频器和介质振荡器。因为这些元器件发生故障，不仅经济损失较大，而且引起本组件功能丧失，进而导致整机任务失败。
3.从故障模式的分布来看，元器件的开路故障概率极大，因而在设计方案确定后，应十分重视安装调试工艺，以消除产品潜在故障。
4.因为电子产品的故障率曲线是典型的浴盆曲线，因而在产品的研制生产阶段，对部件和组件都必须进行可靠性应力筛选试验，用以发现并消除产品的早期故障，使产品的故障迅速下降到较低的偶然故障阶段，从而保证产品的可靠性。