摘要

　　固體繼電器是由電子元器件、集成電路、混合集成電路組成的無(wú)觸點(diǎn)繼電器，是一種功率電子開(kāi)關(guān)電路，被廣泛應用于航空航天、兵器船舶、計算機控制、電機控制等自動(dòng)化控制領(lǐng)域。2類(lèi)固體繼電器是由分立元器件、膜固定電阻和裸芯片，并采用混合工藝組裝的結構。固體繼電器的接通一般在30μs左右，若輸入有干擾脈沖，很容易導致誤動(dòng)作，應增加抗干擾功能。國內2類(lèi)固體繼電器一般采用雙層結構，但此結構會(huì )增加固體繼電器高度，急需對內部結構進(jìn)行優(yōu)化設計。

　　本文根據2類(lèi)固體繼電器的技術(shù)指標要求與體積限制要求，確定了主體電路框架，由門(mén)限電路、抗干擾延時(shí)電路、振蕩電路、隔離電路、整流濾波電路、釋放電路和輸出電路組成。其中抗干擾延時(shí)電路是防止輸入有微秒或毫秒級的脈沖干擾。抗干擾延時(shí)電路采用RC電路結構，可以對輸入5ms以?xún)鹊乃矐B(tài)干擾信號進(jìn)行濾波，實(shí)現固體繼電器的可靠動(dòng)作。

　　為實(shí)現2類(lèi)固體繼電器的小型化，對雙層結構進(jìn)行優(yōu)化，上層為驅動(dòng)電路，下層為輸出電路。將大功率芯片靠底座組的底板進(jìn)行安裝，增強散熱性能。輸入驅動(dòng)部分采用雙面通孔金屬化厚膜電路板結構與印制板進(jìn)行回流焊，增加固定強度，減少連接引線(xiàn)。磁隔離器安裝在印制板背面，并采用沉孔下沉安裝，與下層結構進(jìn)行錯層設計，充分利用了結構空間，實(shí)現了固體繼電器小型化。

　　對雙層結構的2類(lèi)固體繼電器結構進(jìn)行分析，結合裸芯片的特點(diǎn)進(jìn)行保護，對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設計。對下層結構一體共晶成型的要求，設計專(zhuān)用專(zhuān)屬工裝耐高溫夾具，實(shí)現一次性共晶焊固定成型。上層結構和下層結構焊接時(shí)，對裸芯片進(jìn)行整體保護，設計焊接、清洗保護夾具，只露出需要焊接的部位，其余全部采用夾具進(jìn)行保護包裹，實(shí)現了對裸芯片的保護。還對2類(lèi)固體繼電器的烘烤進(jìn)行了設置，采用兩個(gè)步驟：整件120℃，24小時(shí)的真空烘烤和封殼前120℃，48小時(shí)的真空烘烤，實(shí)現了水汽含量≤3000ppm,氧氣含量≤2000ppm,氫氣含量≤4000ppm和二氧化碳含量≤5000ppm的內部氣氛控制要求。

　　對2類(lèi)固體繼電器進(jìn)行了充分的六性分析。最后對應技術(shù)指標要求設置了試驗方案，進(jìn)行了全套的鑒定試驗，試驗結果全面滿(mǎn)足技術(shù)指標的要求。

　　關(guān)鍵詞：2類(lèi)固體繼電器，抗干擾延時(shí)，錯層結構，焊接清洗保護

ABSTRACT

　　Solid relay is a contactless relay which composed of electronic components, integrated circuits and hybrid integrated circuits. It is a kind of power electronic switching circuit which applicated in the fields of automation control widely, such as aerospace, weapons and ships, computer control and motor control, etc. Class-2 solid relays are assembled with discrete components, film fixed resistors and chips via hybrid processes, and the chips and leads are bonded. Generally, solid relay is switched on at about 30μs. If pulse with interference is input, error operation is easier for liable to be activated. Therefore, anti-interference function should be added. Two-layer structure is commonly used in domestic Class-2 solid relays, but this structure will increase height of solid relays, so it is urgent to optimize internal structure of solid relays.

　　According to requirements to technical index and volume restrictions of Class-2 solid relays, this thesis determines framework of main circuit, which is consisted of threshold circuit, anti-interference delay circuit, oscillation circuit, isolation circuit, rectification filter circuit, release circuit and output circuit. Anti-interference delay circuit is designed to prevent the input of pulses with interference of microsecond or millisecond level. Anti-interference delay circuit adopts structure of RC circuit, which can filter the transient interference signal within 5ms to ensure reliable operation of solid relay, and the anti-interference filtering time can be adjusted according to the requirements of users.

　　In order to miniaturize Class-2 Solid relays, optimizing the double-layer structure, that the upper layer is a drive circuit and the lower layer is an output circuit. The high-power chip is mounted on the bottom plate of the base group for enhance thermal dissipation performance. The input drive using circuit board structure with a double-sided holes and metallized thick film, and reflow soldering with the printed board, in order to increase the fixing strength and reduce connection leads. The magnetic isolator is installed on the back of the printed board, installed via blind hole （sinking style） and designed staggered layer with the lower structure, which makes full use of the structure space and realizes miniaturization of product.

　　Analyzing of the structure of Class-2 solid relays with double-layer structure, protected in association with characteristics of bare chips, and the process flow is optimized. According  to the requirement to integral eutectic forming of the lower structure, a special high-temperature resistant fixture is designed to realize one-time eutectic welding and fixed forming. When welding the upper and lower structure together, the bare chip is protected integrally, clamps for welding and cleaning protection are designed to expose only the area to be welded, and the rest are protected and wrapped by clamps, so as to protect the bare chip. The baking of Class-2 solid relays is also deliberated. Two steps are adopted: 24h vacuum bake out of the whole piece at 120℃， 48h vacuum bake out at 120℃before the enclosure are executed to meet the internal atmosphere control requirements, water vapor content is not more than 3000ppm, oxygen content is not more than 2000ppm, hydrogen content is not more than 4000ppm and carbon dioxide content is not more than 5000ppm.

　　maintainability, safety, testability, supportability and environmental adaptability. Finally, a test plan is made according to technical indexes, and a full set of identification tests are done. And the test results comply with the requirements of technical indexes comprehensively.

　　Keywords:Class-2 Solid Relay, Anti-interference Delay, Staggered Layer Structure, Welding Cleaning Protection

目錄

　　第一章 緒論

　　1.1 課題的來(lái)源及研究目的和意義

　　固體繼電器根據其開(kāi)關(guān)輸出電壓性質(zhì)分直流固體、交流固體繼電器和交、直流通用固體繼電器三大類(lèi)型。根據隔離電路不同又可分為磁隔離、光耦合器隔離、光伏（電池）隔離等類(lèi)型。按照總體性能又分為智能/總線(xiàn)（SSPC）、通用固體繼電器以及特種固體繼電器等[1],如圖 1.1 所示。

　　工廠(chǎng)是國內最早研制開(kāi)發(fā)軍用固體繼電器的企業(yè)之一。工廠(chǎng)固體繼電器發(fā)展分為六個(gè)發(fā)展階段：

　　第一階段--上世紀 60 年代提出晶體管、可控硅輸出型固體繼電器研發(fā)，并實(shí)現了樣機考核，由于輸出漏電流及功耗較大原因，未推廣應用；第二階段--上世紀 80 年代率先采用 MOSFET 作為固體繼電器功率輸出，由于當時(shí)尚無(wú)相關(guān)國家軍用標準及"七專(zhuān)"技術(shù)條件，調研、跟蹤國外相關(guān)軍用固體繼電器發(fā)展的技術(shù)水平，產(chǎn)品技術(shù)指標參照 MIL-PFR-28750 要求，并結合武器型號要求及國內條件制訂，受當時(shí)半導體器件水平的限制，技術(shù)指標及可靠性相對較低，產(chǎn)品未能在武器系統中廣泛推廣，僅用于部分地面武器系統；第三階段--上世紀 90 年代隨著(zhù)半導體技術(shù)的飛速發(fā)展，工廠(chǎng)固體繼電器研發(fā)結合工廠(chǎng)的實(shí)際情況，以新頒布實(shí)施的 GJB1515-1992《固體繼電器總規范》的 1 類(lèi)結構（分立器件）為基本平臺進(jìn)行產(chǎn)品設計及質(zhì)量控制，產(chǎn)品技術(shù)性能、可靠性、質(zhì)量情況及工藝水平得到大幅提升，能夠滿(mǎn)足武器型號的應用要求，產(chǎn)品重點(diǎn)推廣于兵器及航天系統部分領(lǐng)域[2];第四階段--本世紀初，隨著(zhù)新標準 GJB1515A-2001《固體繼電器總規范》頒布和實(shí)施，工廠(chǎng)以該標準為基本平臺，所有新研產(chǎn)品的主要技術(shù)指標均全面滿(mǎn)足國軍標的要求，產(chǎn)品以 1 類(lèi)結構為主，產(chǎn)品廣泛應用于航空、航天、兵器及中電領(lǐng)域[3];第五階段--隨著(zhù)武器系統可靠性要求的提高，2007 年工廠(chǎng)引進(jìn)混合組裝工藝技術(shù)，并率先提出產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以國軍標為基礎，綜合考慮工程應用可靠性的思路，將產(chǎn)品研發(fā)考核由試驗室模式向工程化應用考核的轉變，設計上處于國內領(lǐng)先水平，固體繼電器、固體控制模塊及智能固體繼電器性能指標優(yōu)于國內同類(lèi)產(chǎn)品[4],2 類(lèi)軍用固體繼電器開(kāi)始進(jìn)行研制發(fā)展；第六階段--也就是現階段。目前，隨著(zhù)可靠性的要求越來(lái)越高，軍用 2 類(lèi)固體繼電器的需求不斷增大，正逐漸取代 1 類(lèi)分立結構的固體繼電器；對 2 類(lèi)固體繼電器的內部結構進(jìn)行優(yōu)化設計，實(shí)現產(chǎn)品的小型化；2 類(lèi)固體繼電器在實(shí)現時(shí)有很多結構與工藝的實(shí)現難點(diǎn)，特別是雙層結構的 2 類(lèi)固體繼電器，實(shí)現工藝有很大難度，是 2類(lèi)固體繼電器工程化的主要技術(shù)壁壘之一；因此，對雙層結構 2 類(lèi)固體繼電器進(jìn)行設計探索與優(yōu)化研究，有非常大的實(shí)用和推廣價(jià)值。當 2 類(lèi)固體繼電器的清洗和手工焊接涉及到裸芯片時(shí)，需要進(jìn)行特殊保護，因為裸芯片表面極易被劃傷和氧化染污，故設置合理的工藝步驟和工裝夾具對裸芯片進(jìn)行保護意義重大。固體繼電器的接通速度一般為微秒級，如果輸入前端有微秒或毫秒級的干擾脈沖，會(huì )導致固體繼電器出現瞬通的現象。如果在點(diǎn)火應用中，出現誤點(diǎn)火的現象，會(huì )給整機電路造成影響。本文對輸入抗脈沖干擾進(jìn)行電路研究，盡可能用最少的元器件實(shí)現抗干擾電路，實(shí)現 2 類(lèi)固體繼電器的小型化。

　　1.2 國內外現狀

　　固體繼電器中主要含有的都是固體電子元件，通過(guò)其中各個(gè)電子元器件的電、光特性等來(lái)分離輸入與輸出，由此實(shí)現對電路的有效控制。固體繼電器的應用具有較大的優(yōu)勢，特別是體現在高可靠性、低功耗、使用年限久、高靈敏度等方面，具有較強的耐用性，正是由于這些優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應用到了工業(yè)生產(chǎn)和軍事領(lǐng)域中。在軍事領(lǐng)域中使用較多的是在 20 世紀 60 年代出現的軍用固體繼電器，其能夠有效地完成電路的電切換功能，但是早期的固體繼電器的開(kāi)關(guān)管只有三極管、可控硅器件可用，產(chǎn)品的功能、性能受限，專(zhuān)業(yè)技術(shù)發(fā)展不快。后來(lái)到了 80 年代，出現了更先進(jìn)的 MOSFET、IGBT 器件等，使得固體繼電器的性能得到了改善，并且解決了過(guò)去雙極型器件的二次擊穿失效模式問(wèn)題。MOSFET 器件的應用將開(kāi)關(guān)漏電流從原先的 mA 級減小到 μA級，提高了開(kāi)關(guān)的速度，這都使得軍用固體繼電器得到了更多的應用[5].

　　美國在固體繼電器研發(fā)領(lǐng)域投入了較大的精力，很多公司都推出了較為領(lǐng)先的產(chǎn)品，其中 TELEDYNE 公司在固體繼電器研究方面取得了豐碩的成果，并逐步發(fā)展成為世界著(zhù)名的繼電器研發(fā)企業(yè)。在近些年更是推出了不同類(lèi)型的軍用固體繼電器，很多都具有抗輻射功能，拓展了其在軍事領(lǐng)域的應用，該公司固體繼電器內部結構示意圖如圖 1.2 所示。隨著(zhù)固體繼電器技術(shù)的持續發(fā)展，逐步出現了更先進(jìn)的智能化固體繼電器，其功能具有明顯的智能化和自動(dòng)化特征，例如能夠自動(dòng)對線(xiàn)路進(jìn)行監測，并及時(shí)發(fā)現其中的故障問(wèn)題，通過(guò)這種方式為用戶(hù)提供更高質(zhì)量的服務(wù)。與此同時(shí)，抗輻射加固固體繼電器也開(kāi)始應用到了衛星等領(lǐng)域中[6].

　　固體繼電器目前已經(jīng)廣泛應用到了各種類(lèi)型的家電中，特別是各種類(lèi)型的小電流交流固體繼電器，在各種家電設備中已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。其中夏普公司推出的PR23MF11NSZ 型固體繼電器在應用中具有明顯的優(yōu)勢，其使用的成本較低，體積較小，相對于傳統的電磁繼電器，體積降低了一半，體積功耗比降低了四分之三。另外還有日本推出的 SN 超薄型固體繼電器也得到了較多的應用。國外在設計固體繼電器方面廣泛使用了 VDMOS 器件與 IGBT 器件，二者將固體繼電器的輸出能力分別提升到 100V/30A、1700V/800A,工作頻率則分別能夠達到 100kHz、150kHz[7].

　　我國軍用固體繼電器總規范的編制基本等效美軍標 M28750,1992 年出版，2001年出版了修訂稿，也基本為翻譯稿，盡管相應的基礎標準都是翻譯稿，受基礎工業(yè)的限制，可操作性較差，但作為他山之石，一面鏡子，一個(gè)技術(shù)平臺，可以借鑒并推動(dòng)我國軍用固體繼電器專(zhuān)業(yè)的發(fā)展。如今，我國軍用固體繼電器適用的規范主要為GJB1515A-2001《固體繼電器總規范》，和具體產(chǎn)品參照總規范制定的詳細規范，或參照總規范及用戶(hù)任務(wù)書(shū)指標要求制定的企業(yè)軍用標準、技術(shù)條件。部分產(chǎn)品還符合用戶(hù)與總裝備部聯(lián)合管理的可靠性增長(cháng)科研項目考核要求。

　　在"十二五"期間，我國軍用固體繼電器多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行了較大規模的投資，金額在二億元左右，出色完成了國家的戰略計劃任務(wù)，完成了重大的工程項目配套任務(wù)，包括"神舟九號"、"神舟一號"、"北斗導航"、"大型運輸機"、"航母工程"、"高鐵工程"等等[8].陜西群力電工有限公司推出了輸出單向防反導通的固體繼電器[9],并通過(guò)了固體繼電器貫徹國軍標生產(chǎn)線(xiàn)的驗收；貴州航天電器股份有限公司完善了固體繼電器50 多個(gè)品種，實(shí)現用戶(hù)的不同配套要求；北京市科通電子繼電器總廠(chǎng)有限公司根據用戶(hù)的要求推出了全 2 類(lèi)混合結構的 SSPC 固體功率控制器，能夠實(shí)現輸入多種控制，對輸出進(jìn)行過(guò)流和過(guò)壓保護。在"十三五"期間，我國固體繼電器的占有率將進(jìn)一步提升，固體繼電器將廣泛應用于民用、商用、軍用等領(lǐng)域，而我國軍用固體繼電器的核心器件芯片多依賴(lài)進(jìn)口，隨著(zhù)國際貿易戰的影響，很多國外的芯片將越來(lái)越難以購買(mǎi)，這就急需我國進(jìn)行自主芯片的研制。在"十三五"期間還提出，固體繼電器需進(jìn)一步提升質(zhì)量等級和可靠性等級，向著(zhù)宇航級邁步[10]. 現在國外軍用固體繼電器已廣泛采用 2 類(lèi)混合結構，而我國軍用固體繼電器采用2 類(lèi)混合結構尚屬剛起步行走階段。固體繼電器隨著(zhù) 2 類(lèi)混合結構的應用，集成化、小型化的結構設計凸顯得尤為重要。國內軍用 2 類(lèi)固體繼電器的內部結構存在很多可以?xún)?yōu)化的地方，如功率輸出芯片固定在陶瓷基板上后，陶瓷基板采用粘接的方式進(jìn)行固定，存在力學(xué)環(huán)境性能不高、導熱性能較差的問(wèn)題；厚膜電路板為單面設計，也是采用粘接的形式固定，國內 2 類(lèi)固體繼電器的內部結構優(yōu)化還有很大的提升空間，需進(jìn)一步進(jìn)行完善。固體繼電器由 1 類(lèi)分立結構到 2 類(lèi)混合結構的轉變，不僅在結構上有許多難點(diǎn)需要一一攻克，在裝配工藝控制上也存在可以?xún)?yōu)化的地方。國外工藝技術(shù)雖然先進(jìn)，但由于國內制造設備限制，同時(shí)也很難獲得國外先進(jìn)工藝的細節，特別是雙層結構的實(shí)現，無(wú)法采用 1 類(lèi)的工藝直接代替，需要進(jìn)行攻關(guān)。國外尚無(wú)輸入抗干擾的固體繼電器，國內也是首次提出此概念，特別是在有限的空間里進(jìn)行電路設計，無(wú)法使用過(guò)多的元器件或單片機進(jìn)行，既要考慮電路功能的實(shí)現也要考慮空間結構的限制。

　　1.3 課題主要研究?jì)热?/p>

　　本文的主要研究?jì)热萑缦拢?/p>

　　1、固體繼電器電路設計：固體繼電器擁有開(kāi)通速度快，反應靈敏的特點(diǎn)，但若在使用的整機電路中存在浪涌電壓或殘余電壓，會(huì )導致產(chǎn)品誤動(dòng)作，論文擬研究抗干擾延時(shí)電路，減少誤動(dòng)作的發(fā)生。以提高繼電器可靠性。

　　2、固體繼電器結構設計：由于 1 類(lèi)分立器件體積的限制，故同等參數條件下的產(chǎn)品體積較大，當采取 2 類(lèi)結構時(shí)，在產(chǎn)品功能不變的情況下，可以很大程度上的縮小體積，實(shí)現產(chǎn)品小型化。針對 2 類(lèi)固體繼電器裸芯片的特點(diǎn)，擬采用雙層結構實(shí)現，對內部結構進(jìn)行仿真并優(yōu)化。

　　3、固體繼電器工藝流程設計：由于裸芯片的特殊性，焊接需要助焊劑來(lái)保證焊接的質(zhì)量，焊接時(shí)會(huì )有錫珠飛濺，而清洗不到位會(huì )導致裸芯片的粘污，降低產(chǎn)品可靠性與壽命。論文擬針對雙層結構的 2 類(lèi)固體繼電器，實(shí)現在存在裸芯片情況下的焊接工藝，保障雙層結構固體繼電器的可靠加工。

　　4、固體繼電器六性分析：對產(chǎn)品的設計根據 Q/RY.J0448-2014《產(chǎn)品可靠性、維修性、安全性、測試性、保障性、環(huán)境適應性"六性"設計與分析指南》進(jìn)行六性的分析。

　　5、固體繼電器加工與試驗驗證：對設計的固體繼電器進(jìn)行加工與裝配，根據技術(shù)指標要求對固體繼電器進(jìn)行相關(guān)的試驗，統計鑒定試驗的內容，確保固體繼電器滿(mǎn)足技術(shù)指標要求。

　　1.4 主要技術(shù)指標

　　固體繼電器根據以往平臺控制要求，并根據用戶(hù)提出的相關(guān)要求制定技術(shù)指標。

　　國內有相似的固體繼電器，但輸入無(wú)抗干擾延時(shí)功能，且體積比本次擬設計的固體繼電器較大，國外無(wú)類(lèi)似的產(chǎn)品可進(jìn)行對比，具體如表 1.1 所示，固體繼電器的外形尺寸和底視電路圖如圖 1.3 所示：

　　第二章 固體繼電器電路設計
　　2.1 總體電路的設計
　　2.2 門(mén)限電路設計
　　2.3 抗干擾延時(shí)電路設計

　　2.4 振蕩電路、隔離電路、整流濾波電路和穩壓電路設計
　　2.4.1 振蕩電路設計
　　2.4.2 隔離電路設計
　　2.4.3 整流濾波電路和穩壓電路設計
　　2.5 快速釋放電路設計
　　2.6 輸出電路設計
　　2.7 本章小結

　　第三章 固體繼電器結構設計
　　3.1 內部結構設計
　　3.1.2 下層結構設計
　　3.1.3 上層結構設計
　　3.2 熱性能計算
　　3.2.1 熱阻計算
　　3.2.2 溫升計算

　　3.3 結構設計仿真
　　3.3.1 熱仿真
　　3.3.2 力學(xué)仿真
　　3.4 本章小結

　　第四章 固體繼電器工藝流程設計
　　4.1 總體工藝流程設計
　　4.2 底座功率組共晶夾具設計
　　4.3 整件焊接、清洗夾具設計
　　4.4 工藝風(fēng)險分析
　　4.5 內部氣氛控制
　　4.6 本章小結

　　第五章 固體繼電器六性分析
　　5.1 可靠性分析
　　5.1.1 可靠性預計
　　5.1.2 故障模式影響與危害性分析
　　5.1.3 降額計算
　　5.2 維修性

　　5.3 安全性
　　5.3.1 電氣安全設計
　　5.3.2 材料類(lèi)
　　5.3.3 機械類(lèi)
　　5.3.4 防誤用、防誤插設計
　　5.4 測試性

　　5.5 保障性
　　5.5.1 人員保障及技能培訓
　　5.5.2 儀器、設備及工裝保障
　　5.5.3 材料保障
　　5.5.4 技術(shù)文件保障
　　5.5.5 環(huán)境控制保障
　　5.6 環(huán)境適應性
　　5.7 本章小結

　　第六章 固體繼電器加工與試驗驗證
　　6.1 固體繼電器的加工和裝配
　　6.2 固體繼電器的試驗驗證
　　6.3 產(chǎn)品溫升試驗
　　6.4 固體繼電器可靠度統計
　　6.5 產(chǎn)品達到的主要技術(shù)指標滿(mǎn)足情況
　　6.6 本章小結

第七章 總結與展望

　　7.1 工作總結

　　雙層 2 類(lèi)固體繼電器主要適用于國防、工業(yè)控制領(lǐng)域，如計算機接口、數字電路接口、信號傳輸、數控設備及測量?jì)x表，適用于環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。本文通過(guò)了對該固體繼電器的研制，取得的主要成果如下：

　　（1）根據用戶(hù)提出的要求，將產(chǎn)品的功能指標轉化為具體的電路功能模塊，對不同的電路功能模塊進(jìn)行詳細設計和分析，并對每個(gè)功能模塊進(jìn)行了電路仿真，重點(diǎn)設計了抗干擾延時(shí)電路，實(shí)現了對輸入信號 5ms 以?xún)扔行�濾波，10ms 以上可靠接通的功能，避免了誤點(diǎn)火的現象，提升了電路的可靠性。

　　（2）根據產(chǎn)品的電路和芯片的功率大小，針對外形尺寸體積的限制，確定采取雙層結構的設計，將大功率芯片安裝在下層，靠底座組的底板安裝，提供了良好的散熱環(huán)境。上層結構根據產(chǎn)品內部腔體的空余空間，巧妙的使用錯層設計，將磁隔離器安置在印制板背面，并設計了沉孔，同時(shí)錯開(kāi)場(chǎng)效應管鍵合絲，充分利用了空間，降低了高度，使得產(chǎn)品內部高度為 9.305mm,實(shí)現了產(chǎn)品的小型化。根據最終結構計算出接通的電阻和熱阻，確定了產(chǎn)品的輸出電流拐點(diǎn)為 45℃和最高溫度下的降額電流值為 2A,在此要求下產(chǎn)品能夠可靠工作。

　　（3）采用熱仿真和力學(xué)仿真對功率和結構設計進(jìn)行了模擬驗證，降低了產(chǎn)品設計投產(chǎn)的風(fēng)險。可靠性分析，采用可靠性預計手段得出失效率為 8.0432（失效數/106h）；采用FMECA分析，識別出產(chǎn)品輸出故障為最高危害II級，在使用時(shí)應采取冗余設計，并進(jìn)行單路測量，減少風(fēng)險。元器件進(jìn)行了降額計算，均滿(mǎn)足 I 級的降額要求。固體繼電器維護使用，若出現故障可直接更換。所有測試項目均滿(mǎn)足 GJB1515A 要求和用戶(hù)的使用要求。固體繼電器對用戶(hù)的保障要求較低，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的保障設施。固體繼電器在外殼的包裹下，所有自然和力學(xué)環(huán)境均滿(mǎn)足技術(shù)指標的要求。

　　（4）對產(chǎn)品的設計和結構進(jìn)行分析，結合對裸芯片的保護，設計了產(chǎn)品的工藝流程，并識別出重點(diǎn)需要保護的工藝步驟：底座功率組一次性共晶焊接和整件焊接清洗保護。設計了底座功率組耐高溫共晶焊夾具，保證零組件焊接的質(zhì)量和位置，實(shí)現多零組件一次性高溫真空共晶焊接。整件焊接、清洗夾具確保了在焊接時(shí)錫珠不會(huì )飛濺在裸芯片上，清洗時(shí)只露出焊點(diǎn)，實(shí)現焊接、清洗整個(gè)過(guò)程對裸芯片的保護。對固體繼電器的烘烤進(jìn)行了設置，采用兩個(gè)步驟：整件 120℃，24 小時(shí)的真空烘烤和封殼前 120℃，48 小時(shí)的真空烘烤，實(shí)現了水汽含量≤3000ppm、氧氣含量≤2000ppm、氫氣含量≤4000ppm 和二氧化碳含量≤5000pp.

　　（5）最后根據 GJB1515A 和用戶(hù)的特殊要求，編制了鑒定大綱，抽取 12 只固體繼電器進(jìn)行了全套的鑒定試驗，試驗結果表明，固體繼電器全面滿(mǎn)足技術(shù)指標要求。

　　為驗證產(chǎn)品的實(shí)際工作溫升，抽取 3 只產(chǎn)品在拐點(diǎn)工作溫度 45℃和最高工作溫度 125℃下對底板溫度進(jìn)行監測，溫度最高分別為 122.4℃和 131.6℃，與仿真結果一致，滿(mǎn)足使用要求。對產(chǎn)品壽命開(kāi)關(guān)次數進(jìn)行可靠度統計分析，失效率為 3.7014（失效數/107h），后期隨著(zhù)產(chǎn)品的壽命試驗，也將進(jìn)一步進(jìn)行統計。

　　7.2 未來(lái)的展望

　　輸出功率較大的 2 類(lèi)固體繼電器一般均采用變壓隔離器的方式進(jìn)行輸入和輸出的隔離驅動(dòng)，變壓隔離器體積較大，為進(jìn)一步縮小體積，提高集成度，對變壓隔離器進(jìn)行集成化研究

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致謝

　　時(shí)光匆匆，如白駒過(guò)隙，值此定稿之際，我的工程碩士生活也即將畫(huà)上圓滿(mǎn)的句號。遙想入學(xué)之時(shí)，至今仍然歷歷在目，恍如隔日，不免感嘆光陰易逝、韶華難追。

　　然而，艱辛而快樂(lè )的求學(xué)之路，也給我留下了很多難以忘懷的溫暖和幸福。本人論文寫(xiě)作過(guò)程中經(jīng)歷了多次波折，我深感這份喜悅和驕傲來(lái)之不易。除了欣喜，心中更多的還是感恩。

　　首先我要感謝我尊敬的導師史江義教授，長(cháng)期以來(lái)一直得到史教授熱心地幫助和指導，他淵博的學(xué)識、嚴謹的治學(xué)態(tài)度和認真的授業(yè)精神，對我影響深刻，使我在碩士生期間不斷成長(cháng)和進(jìn)步，并將在以后的歲月里繼續激勵我。在我撰寫(xiě)學(xué)位論文的兩年多時(shí)間里，史教授在百忙之中抽出時(shí)間，在我對論文的選題、框架的調整、內容的增刪、乃至具體格式的規范等方面，都投入了大量的精力，提出了很多極具價(jià)值的建議意見(jiàn)，給了我極大的啟發(fā)和幫助，讓我領(lǐng)會(huì )到了一個(gè)真正學(xué)者所應該具有的風(fēng)采以及治學(xué)為人的道理。特別是我的小孩出生后，史教授非常關(guān)心我們，經(jīng)常對我們表示問(wèn)候。借此機會(huì )再次表達我對史教授最深切的尊敬、愛(ài)戴和謝意。

　　還有我的校外老師任海峰研究員，在工作當中也十分支持我進(jìn)行學(xué)修的深造，和我探討畢業(yè)論文的內容，給我指出其中的要點(diǎn)、難點(diǎn)和可以深挖的地方。同時(shí)也要感謝我的同事，是他們直言不諱對我的論文提出了建議。

　　最后，要感謝多年來(lái)一直給予我鼎立支持和無(wú)私奉獻的父母以及默默支持和照顧我學(xué)業(yè)和生活的妻子，沒(méi)有他們的付出與犧牲，我的課題研究無(wú)法順利完成。再次祝福和感謝我在攻讀工程碩士期間曾經(jīng)關(guān)心和幫助過(guò)本人的老師、同學(xué)、同事，向你們表示最誠摯的謝意！

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