同样是器件，差距咋就这么大呢？

    一组可靠性试验：相同的铝电解电容，一个施加100％的工作电压，测量电容顶部的壳温80度（通风不畅），一个施加40％的工作电压，测量电容顶部的壳温40度（通风良好）：

结论：前者的失效率比后者高出20倍。

揭秘

温度对器件故障率的影响

电压降额对对电容故障率的影响

    随着元器件可靠性水平的提高，使用不当是造成元器件失效的重要原因之一。降额可以有效地提高元器件的使用可靠性。

降额：指构成产品的元器件使用中所承受的应力（电应力和温度应力）低于其设计的额定值，防止电应力、温度应力等过应力对元器件的损伤，以及特殊环境（高温高湿、腐蚀等）引起的破坏，从而达到延缓器件参数退化，增加工作寿命，降低失效率，提高使用可靠性的目的。

额定值（rating）：元器件允许的最大使用应力值；

应力（stress）：影响元器件失效率的电、热等负载；

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。

 降额设计原则

降额可以划分为三个等级

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，且可能使设备设计难以实现。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。

Ⅱ级降额是中等降额,对元器件使用可靠性有明显改善。Ⅱ级降额在设计上较Ⅰ级降额易于实现。Ⅱ级降额适用于下述情况：设备的失效将可能引起装备与保障设备的损坏；有高可靠性要求，且采用了某些专门的设计；需支付较高的维修费用。

Ⅲ级降额是最小的降额，对元器件使用可靠性改善的相对效益最大，但可靠性改善的绝对效果不如Ⅰ级和Ⅱ级降额。Ⅲ级降额在设计上最易实现。 Ⅲ级降额适用于下述情况：设备的失效不会造成人员和设施的伤亡和破坏；设备采用成熟的标准设计；故障设备可迅速、经济地加以修复；对设备的尺寸、重量无大的限制。

 降额等级的不同应用

应用范围	最高等级	最低等级
航天器与运载火箭	Ⅰ	Ⅰ
战略导弹	Ⅰ	Ⅱ
战术导弹系统	Ⅰ	Ⅲ
飞机与舰船系统	Ⅰ	Ⅲ
通信电子系统	Ⅰ	Ⅲ
武器与车辆系统	Ⅰ	Ⅲ
地面保障设备	Ⅱ	Ⅲ

降额的限度：

    不应标准或规范所推荐的降额量值绝对化。降额是多方面因素综合分析的结果。标准规定的降额值考虑了设计的可行性和与可靠性要求相吻合的设计限制。在实际使用中由于条件的限制，允许降额值作一些变动，即某降额参数可与另一参数彼此综合调整，但不应轻易改变降额等级（如从Ⅰ级降额变到Ⅱ级降额）。

    某些情况下，超过本标准所提出的降额量值的选择可能是合理的，但也应在认真权衡的基础上作出。还应指出，与标准规定的降额量值间的小的偏差，通常对元器件预计的失效率不会有大的影响。

降额量的调整：

    降额可以有效地提高元器件的使用可靠性，但降额是有限度的。通常，超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善的相对效益下降。而设备的重量、体积和成本却会有较快的增加。有时过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至有可能找不到满足设备或电路功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降。

降额的原则：

1、各类元器件均有一个最佳的降额范围，在此范围内应力变化对其故障率影响 较大。过度的降额也不可取，增加元器件的数量；降额到一定程度后，可靠性的 提高是很微小的；过度降额反而有害：大功率晶体管在小电流下，大大降低放大 系数而且参数稳定性降低；继电器的线包电流不仅不能降低，反而应在额定值之 上，否则影响可靠的接触；

2、电应力降额容易，对温度降额，主要依靠热设计；

3、降额提高可靠性，但要综合考虑可靠性、体积、重量和费用等问题；

4、根据设计、可靠性等的需要进行，一般参照MIL-HDBK-217F&GJB/Z-35《元器 件降额准则》。 

元器件降额准则

电容降额

一、工作电压 电容在规定的温度范围内可靠地工作时，电容两端的电压。

二、反向电压 使用示波器得出的测量值可能是正值，也可能是负值，与探头正负极的接法有关。如果差分探头的正极接到了电容的正极，那么测试得出的负值就是电容上的反向电压；如果相反，那么测试得出的正值就是电容上的反向电压。除了关注电容的最大工作电压、平均工作电压外还应该注意反向电压。

三、壳体温度 电容外壳最热点的温度（通常为靠近发热元件的部位），如果无法确定，则可以统一测试电容顶端处的温度。

编码	类型	降额参数及考核原则			其他
		工作电压	壳体温度	反向电压
0801	固定非固体插装铝电容Fixed, Electrolytic, Aluminium	80%	Tcmax-20℃	N/A	1、如果工作温度>Tmax-40℃，则电压需从80%进一步线形降额到TD@47%；2、需要计算E-Cap寿命。

 

 

电阻降额

一、工作温度 电阻的工作温度降额需要测试电阻的壳温，对于小封装的非功率电阻可以测试电阻旁的PCB来代替壳温。 

编码	类型	降额参数及考核原则		其他	备注
		功率	工作温度
0701	薄膜固定电阻器（通用、精密）Fixed, Film, General Purpose & Precision	70%	Tcmax-24℃	如果工作温度>Ts，则功率需进一步从70％线形降额到0@TD；	Tmax<175℃，TS=70℃；Tmax≥175℃，TS=125℃
0701	薄膜固定电阻器（功率型）Fixed, Film, Power	70%	Tcmax-15℃	如果工作温度>TS，则功率需进一步从70％线形降额到0@TD	Tmax<175℃，TS=70℃；Tmax≥175℃，TS=125℃
0705	热敏电阻器Thermistor	50%	Tcmax-50℃	如果工作温度>TS，则功率需进一步从50％线形降额到0@TD	TS=20/25℃，具体参考器件资料

 

 

三极管降额

一、电流 ICEO 指基极开路时，集电极和发射极间的电流，称为集电极穿透电流。

二、电压 VCES 指三极管饱和导通时，C、E间的电压，称为饱和压降。通常把VCE=VBE（即集电结零偏）时称为临界饱和，当VCE＜VBE时，三极管进入饱和区。

三、耗散功率 PCM集电结最大允许耗散功率。晶体管工作时，集电结要承受较高的电压并流过较大电流，在集电结上要消耗一定的功率，从而导致集电结发热、结温升高。当结温过高时，管子的性能下降，甚至烧坏管子，PCM就是集电结因受热而引起管子参数变化不超过规定值时，集电结耗散的最大功率。

四、击穿电压 场效应管的V(BR)DSS指在栅级开路时，漏级和源级之间的击穿电压。

五、结温 三极管和场效应管的温度降额需要测试器件壳温，然后根据功耗和热阻计算出结温进行降额审查。 

编码	类型	降额参数及考核原则				其他
		电压 VCE	耗散功率	最高结温	击穿电压 VBR
1505	双极型三极管Bipolar Junction Transistor	80%	75%	0.75(Tjmax-25)+20	N/A
1506	场效应管Field Effect Transistor silicon	NA	75%	0.75(Tjmax-25)+20	90%

 

二极管降额

一、正向电流 二极管长期工作时所允许通过的最大正向平均电流，也称最大整流电流。实际使用时，二极管的平均电流不能超过此值。

二、反向电压 二极管在使用时所允许加的最大反向电压，也称反向峰值电压。超过此值容易发生反向击穿或反向电流过大。通常取反向击穿电压VBR）的一半作为VRM。

三、耗散功率 二极管的额定功耗，它是由管子温升所限定的参数，与PN结所用的材料、结构及工艺有关。使用时不允许超过此值。

四、最高结温 二极管温度降额审查时需要在器件工作达到热平衡时，用点温计测量其最热处的壳温并根据热阻和功耗计算出结温来进行审查，对于小封装的贴片器件如果不方便测量可以测量器件旁的PCB代替。 

编码	类型	降额参数及考核原则
		正向电流	反向电压	最高结温	耗散功率降额	平均电流降额
1501	一般功能二极管(小信号/开关)&整流二极管General Purpose（Axial Lead, Small Signal/Switching)&Power Rectifier	80%	80%	0.75(Tjmax-25)+20	N/A	N/A
1502	发光二极管Light Emitting Diode	4～6mA	N/A	0.75(Tjmax -25)+20	N/A	N/A
1503	桥堆Diode Bridge	80%	80%	0.75(Tjmax -25)+20	N/A	N/A
1504A	瞬态电压抑制二极管Transient Voltage Suppressor	N/A	N/A	0.75(Tjmax -25)+20	90%	90%
1504B	稳压二极管Voltage Regulator/Reference	N/A	N/A	0.75(Tjmax -25)+20	80%	N/A
1509	可控硅 Thyristor	80%	80%	0.75(Tjmax -25)+20	NA	NA

 

微电路、集成电路降额

一、扇出数 由于数字电路输出有高电平和低电平两种可能，因此要分别计算高电平的扇出数和低电平的扇出数，然后取两者中小的那一个。扇出数的计算主要是考虑集成电路输出端电流的驱动能力。

二、输出电流 一般是总线信号和模拟器件需要考虑输出电流的降额，对于总线信号可实际就是最大扇出数的要求。实际输出电流通过实际测量或计算得到。

三、电源电压 一般放大器、比较器、电压调整器和模拟开关对输入电压都有一定的要求。

四、输入输出电压差 一般电压调整器对输入输出的电压差都有一定的要求。

五、结温 微电路类器件温度降额审查时需要测试器件壳体的温度，之后根据热阻和功耗换算出器件结温进行审查。 

 

 

 

 磁性器件降额

编码	类型	降额参数及考核点
		热点温度 Max.Ths(℃)	额定直流电流 Rated DC Current(A)
09	变压器Transformer	Tcmax-25℃	NA
10	电感/磁珠Inductor/Ferrite Bead	Tcmax -25℃	90％

 

晶体、晶振降额

 

 连接器与线缆降额

保护器件降额

继电器降额

 

开关、断路器降额

 

EMI滤波器降额 

 

光耦降额

 

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光收发器降额 

风扇降额 

电源模块降额 

     

其他还需要降额的器件有：

    振荡器、光模块、导线、硬盘、无线射频器件、电池、PCB等等，这里就不一一介绍了。

结温计算

    我们实际测量到的温度是壳温，对于降额要求的是结温，所以还需要进行换算，以最典型的微电路为例： 对于微电路工作时最高结温的降额要求，一般都要求

TJ < kJ×（TJmax－25℃）＋20℃ 式中：

 TJ－降额要求结温；      

 kJ－降额系数，根据公司规范，一般可取kJ＝75%；      

 TJmax－芯片的最大允许结温，可以从芯片手册中获取； 通过试验可以测试并计算出的芯片结温：

有散热片时： Tj = P ×(θjc + θca)＋T A短期工作＋ΔTc

无散热片时： Tj = Pc ×θjc ＋T A短期工作＋ΔTc 式中：        

Tj－根据试验数据计算获得的芯片结温；      

 P－芯片实际功率，如果难以获得实际功率，可以用最大功率替代；        

Pc－通过器件封装外壳散去的热耗（W）。根据热设计经验，推荐按通过单板PCB传导的热量占总功耗的比例按60%计算，因此Pc =40%×P。      

θjc－器件结到器件壳体的热阻（℃/W）；      

θca－器件壳体到散热片的热阻（℃/W），一般比较小，可以忽略。      

T A短期工作－为器件在市场运行时短期工作的最高环境温度，通常的产品技术标准中有（如邮电部相关规范）规定。      

ΔTc－器件壳体表面温升，可通过试验室环境测试获得，ΔTc＝ Tc－TA试验室      

Tc－试验室条件下，器件壳体表面温度，即测点温度；      

TA试验室－－试验室环境温度。

注意事项

在降额设计中，“降”得越多，要选用的元器件在性能就应该越好，成本也就越高，所以在降额设计过程中，要综合考虑。电子产品发展到今天，人们已经总结出“降额”的通用准则，详见《GJB/Z 35-1993元器件降额准则》。并不所有的电子产品都可以“降额”，在实现设计过程时，应该注意：

A、不应将标准所推荐的降额量值绝对化，应该根据产品的特殊性适当调整；

B、应注意到，有些元器件参数不能降额；

C、一般说来，对于电子元器件，其应用应力越降低越能提高其使用可靠性，但却不尽然。如聚苯乙烯电容器，降额太大易产生低电平失效；

D、为了降低元器件的失效率，提高设备可靠性而大幅值降低其应用应力，按其功能往往需要增加元器件数量和接点，反而降低了设备可靠性；

E、对器件进行降额应用时，不能将所承受的各种应力孤立看待，应进行综合权衡；

F、不能用降额补偿的方法解决低质量元器件的使用问题，低质量产品要慎重使用；