電子元器件是電子系統的基礎部件，是能夠完成預定功能且不能再分割的電路基本單元。由于電子元器件的數量、品種眾多，因此它們的性能、可靠性等參數對整個電子產品的系統性能、可靠性、壽命周期等技術指標的影響極大。

　　所以正確有效地選擇和使用電子元器件是提高電子產品可靠性水平的一項重要工作。電子元器件的可靠性分為固有可靠性和使用可靠性固有可靠性主要由設計和制造工作來保證，這是元器件生產廠的任務。

　　但是國內外失效分析資料表明，有近一半的元器件失效并非由于元器件的固有可靠性不高，而是由于使用者對元器件的選擇不當或使用有誤造成的。因此為了保證電子產品的可靠性，就必須對電子元器件的選擇和應用加以嚴格控制。

　　1??元器件選型基本原則：

　　1)普遍性原則：所選的元器件要是被廣泛使用驗證過的，盡量少使用冷門、偏門芯片，減少開發風險。

　　2)高性價比原則：在功能、性能、使用率都相近的情況下，盡量選擇價格比較好的元器件，降低成本。

　　3)采購方便原則：盡量選擇容易買到、供貨周期短的元器件。

　　4)持續發展原則：盡量選擇在可預見的時間內不會停產的元器件。

　　5)可替代原則：盡量選擇pin to pin兼容芯片品牌比較多的元器件。

　　6)向上兼容原則：盡量選擇以前老產品用過的元器件。

　　7)資源節約原則：盡量用上元器件的全部功能和管腳。

　　8)降額設計原則：對于需要降額設計的部件，盡量進行降額選型，參考標準參見GJB/Z 35《元器件降額準則》。

　　9) 便于生產原則：在滿足產品功能和性能的條件下，元器件封裝盡量選擇表貼型，間距寬的型號，封裝復雜度低的型號，降低生產難度，提高生產效率。

　　除滿足上述基本原則之外,選型時還因遵循以下具體原則:

　　1) 所選器件遵循公司的歸一化原則，在不影響功能、可靠性的前提下，盡可能少選擇物料的種類。

　　2) 優選生命周期處于成長、成熟的器件;慎選生命周期處于衰落的器件，禁止選用停產的器件;選擇停產器件走特批流程。

　　3) 功率器件優先選用RjA熱阻小,Tj結溫更大的封裝型號。

　　4) 禁止選用封裝尺寸小于0402(含)的器件。

　　5) 所選元器件MSL(潮濕敏感度等級)不能大于5級(含)。

　　6) 優先選用密封真空包裝的型號，MSL(潮濕敏感度等級)大于2級(含)的，必須使用密封真空包裝。

　　7) 優先選用卷帶包裝、托盤包裝的型號。如果是潮濕敏感等級為二級或者以上的器件，則要求盤狀塑料編帶包裝，盤狀塑料編帶必須能夠承受125℃的高溫。

　　8) 使用的材料要求滿足抗靜電、阻燃、防銹蝕、抗氧化以及安規等要求。

　　9) 選型時必須向我公司合格供應商確認供貨渠道是否通暢。

　　10) 對于關鍵器件，至少有兩個品牌的型號可以互相替代，有的還要考慮方案級替代。

　　11) 電子物料選型時需確定的幾個基本因素：

　　技術參數：電氣參數，機械參數，見《規格書》;

　　型號，廠家料號，包括尾綴，以及可替換的型號;

　　封裝;

　　使用環境;

　　供貨渠道(品牌，供貨商);

　　價格;

　　技術支持;

　　引用文件：GJB/Z 35 《元器件降額準則》。

　　芯片的選型過程是對各個維度考量的折衷。

　　2??全流程關注芯片屬性

　　1)我們在選型的時候，需要考慮試產的情況、同時需要考慮批量生產時的情況。

　　小批量采購的價格、供貨周期、樣片申請;同時需要關注，大批量之后的價格和供貨周期。有可能批量變大之后，供貨的價格沒有優勢、或者批量大了之后，產能不足。

　　另外，根據自己的實際采購情況，找對應的量級的供應商。例如，原廠往往不直接供貨，需要通過代理商。有些代理商的供貨量級都是有要求的。

　　之前，有一個選型，選擇了ST的STM32F427IGT6，原廠很給力幫忙申請樣片。但是在采購的過程中碰到的困難，雖然我們希望整盤采購，但是由于其代理商出貨量都有一定的要求，導致價格跟一開始通過原廠了解到的價格不一致。要高出很多。

　　同時由于整個行業使用該芯片的場景不是很多，所以導致淘寶價格非常貴，根本沒法接受。同時，有做芯片銷售的朋友說是由于無人機廠家大量使用，導致有人在炒這顆芯片的價格，所以導致很難買到。

　　2)關注器件本身的生命周期與產品生命周期的匹配

　　對于通信設備一般要求我們選用的器件要有5年以上的生命周期，并且有后續完整的產品發展路標。

　　我們的當時的一個新硬件平臺，產品規劃的時候是用于替代發貨量在百萬級單板數量的成熟平臺。由于切換周期比較長。新產品在完成開發后1~2年之后，才逐步上量。其中一個DSP電路板，外設存儲是SDRAM。正在產品準備鋪量的時候，鎂光等幾大 內存芯片廠家，宣布停產。導致產品剛上量，就大量囤積庫存芯片，并且尋找臺灣的小廠進行器件替代。

　　所以在器件選型的時候，充分體現了“人無遠慮必有近憂”。

　　3)除了考慮功能和實驗室環境，還需要考慮整個生命周期的場景。

　　3??具體選型，處理器選型

　　要選好一款處理器，要考慮的因素很多，不單單是純粹的硬件接口，還需要考慮相關的操作系統、配套的開發工具、仿真器，以及工程師微處理器的經驗和軟件支持情況等。

　　嵌入式微處理器選型的考慮因素

　　在產品開發中，作為核心芯片的微處理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因為它的資源越豐富、自帶功能越強大，產品開發周期就越短，項目成功率就越高。但是，任何一款微處理器都不可能盡善盡美，滿足每個用戶的需要，所以這就涉及選型的問題。

　　1、應用領域

　　一個產品的功能、性能一旦定制下來，其所在的應用領域也隨之確定。應用領域的確定將縮小選型的范圍，例如：工業控制領域產品的工作條件通常比較苛刻，因此對芯片的工作溫度通常是寬溫的，這樣就得選擇工業級的芯片，民用級的就被排除在外。目前，比較常見的應用領域分類有航天航空、通信、計算機、工業控制、醫療系統、消費電子、汽車電子等。

　　2、自帶資源

　　經常會看到或聽到這樣的問題：主頻是多少?有無內置的以太網MAC?有多少個I/O口?自帶哪些接口?支持在線仿真嗎?是否支持OS，能支持哪些OS?是否有外部存儲接口?……以上都涉及芯片資源的問題，微處理器自帶什么樣的資源是選型的一個重要考慮因素。芯片自帶資源越接近產品的需求，產品開發相對就越簡單。

　　3、可擴展資源

　　硬件平臺要支持OS、RAM和ROM，對資源的要求就比較高。芯片一般都有內置RAM和ROM，但其容量一般都很小，內置512KB就算很大了，但是運行OS一般都是兆級以上。這就要求芯片可擴展存儲器。

　　4、功耗

　　單看“功耗”是一個較為抽象的名詞。低功耗的產品即節能又節財，甚至可以減少環境污染，還能增加可靠性，它有如此多的優點，因此低功耗也成了芯片選型時的一個重要指標。

　　5、封裝

　　常見的微處理器芯片封裝主要有QFP、BGA兩大類型。BGA類型的封裝焊接比較麻煩，一般的小公司都不會焊，但BGA封裝的芯片體積會小很多。如果產品對芯片體積要求不嚴格，選型時最好選擇QFP封裝。

　　6、芯片的可延續性及技術的可繼承性

　　目前，產品更新換代的速度很快，所以在選型時要考慮芯片的可升級性。如果是同一廠家同一內核系列的芯片，其技術可繼承性就較好。應該考慮知名半導體公司，然后查詢其相關產品，再作出判斷。

　　7、價格及供貨保證

　　芯片的價格和供貨也是必須考慮的因素。許多芯片目前處于試用階段(sampling)，其價格和供貨就會處于不穩定狀態，所以選型時盡量選擇有量產的芯片。

　　8、仿真器

　　仿真器是硬件和底層軟件調試時要用到的工具，開發初期如果沒有它基本上會寸步難行。選擇配套適合的仿真器，將會給開發帶來許多便利。對于已經有仿真器的人們，在選型過程中要考慮它是否支持所選的芯片。

　　9、OS及開發工具

　　作為產品開發，在選型芯片時必須考慮其對軟件的支持情況，如支持什么樣的OS等。對于已有OS的人們，在選型過程中要考慮所選的芯片是否支持該OS，也可以反過來說，即這種OS是否支持該芯片。

　　10、技術支持

　　現在的趨勢是買服務，也就是買技術支持。一個好的公司的技術支持能力相對比較有保證，所以選芯片時最好選擇知名的半導體公司。

　　另外，芯片的成熟度取決于用戶的使用規模及使用情況。選擇市面上使用較廣的芯片，將會有比較多的共享資源，給開發帶來許多便利。

　　這里再說一點，有些廠家善于做MCU的簡單應用，有的廠家善于做工控或者更復雜的MCU和CPU的應用，所以會各有優劣。

　　CPU按指令集架構體系分主流的有PowerPC、X86、MIPS、ARM四種，X86采用CISC指令集，POWERPC、MIPS、ARM采用RISC指令集，RISC的CPU多應用于嵌入式。

　　業界PowerPC主要用于網絡通信市場，X86重點在PC、服務器市場，MIPS的目標市場為網絡、通信等嵌入式應用以及數字消費類應用，ARM的目標市場為便攜及手持計算設備、多媒體、數字消費類產品。

　　高端處理器中x86架構雙核處理器和MIPS架構多核處理器業務定位不一樣，MIPS處理器容易實現多核和多線程運算，在進行數據平面報文轉發時表現出色，但單個處理器內核結構簡單，進行復雜運算和報文深度處理時明顯不如x86和PowerPC。數據處理選用多核MIPS或NP，控制應用選用PowerPC或嵌入式x86。

　　ARM器件的業界生態環境比較好，有多家芯片供應商可以提供ARM器件，選型必須經過多家對比分析和競爭評性評估。

　　4??華為器件選型規范

　　華為整個公司都在“規范”運動，什么都寫規范，人人都寫規范，什么任職、績效、技術等級都看規范。所以按照器件種類，很多人寫了各種器件選型規范。當時，原理圖評審的時候，聽得最多的就是“規范就是這樣寫的”，這里面有一些問題：

　　1、寫規范的人不一定水平高，或者寫得不細致，如果出現錯誤那就更是害人了。

　　2、規范有時抑制了開發人的思維，什么都按照規范來，不一定適合實際的設計場景;例如我需要低成本設計，但是規范強調的是高質量，就不一定適用。

　　3、有了規范之后，也會導致部分開發人員不思考，例如晶振要求在50MHz以上，放pF級的電容進行電源濾波，而低于50MHz的不用。大家都不想為什么，自然也不知道為什么;再例如網口變壓器防護，室內室外，按照各種EMC標準的設計要求，直接照著畫就可以;但是很少有人想為什么，也不知道測試的結果怎樣，等實際碰到困難時就抓瞎了。的確在有的時候提高了工作效率和產品質量，但是工具也發達，人也就越退化，這是必然。

　　4、有些器件的選型，不適合寫規范，因為器件發展太快，有可能等你規范寫好，器件都淘汰了。例如：在X86處理器進入通信領域了之后，處理器選型規范就顯得多余。

　　規范確實能帶來好處。但是，并不是所有工作都適合用規范來約束。硬件工程師要能跳出“參考電路”、跳出“規范”，從原理思考問題和設計。

　　當然規范還是非常有用的一個手段，是大量的理論分析+經驗積累+實踐數據的精華。我覺得當時我看得最多的規范，是《器件選型的降額規范》，這是基于大量試驗，實際案例，總結出來的器件選型的時候，需要考慮的內容。

　　例如：規定選用鋁電解電容的時候，需要考慮穩態的工作電壓低于額定耐壓90%;而鉭電容，穩態的降額要求在50%;而陶瓷電容，穩態的降額要求在85%;因為這里考慮了一些器件的實效模式、最惡劣環境(高溫、低溫、最大功耗)，穩態功率和瞬態功率的差異等因素。

　　在華為的PDM系統上，器件都有一個優選等級“優選”“非優選”“禁選”“終端專用”等幾個等級。工程師可以根據這個優選等級來直觀的感受到器件是否優選。那么器件的優選等級，是考慮了哪些因素呢?

　　1、可供應性：

　　特別是華為這樣廠家，有大量發貨的產品。慎選生命周期處于衰落的器件，禁止選用停產的器件。我2005年時曾設計過一個電路，設計的時候就是拷貝別人的電路，結果加工的時候發現器件根本買不著，由于器件停產了，只能在電子市場買翻新的器件。

　　對于關鍵器件，至少有兩個品牌的型號可以互相替代，有的還要考慮方案級替代。這點很重要，如果是獨家供貨的產品，是需要層層匯報，決策，評估風險的。

　　2、可靠性：

　　散熱：功率器件優先選用RjA熱阻小,Tj結溫更大的封裝型號;處理器選型，在性能滿足的情況下，盡量選擇功耗更小的器件。但是如果是Intel這樣壟斷的器件，你也只有忍受，加散熱器，加風扇。

　　ESD：所選元器件抗靜電能力至少達到250V。對于特殊的器件如：射頻器件，抗ESD能力至少100V，并要求設計做防靜電措施。(注：華為是嚴格要求，禁止裸手拿板的。我本來也不理解，后來我帶團隊之后，發現兄弟們花大量的時間在維修單板;我們的團隊就非常嚴格要求這一點，看似降低效率，其實還是提高效率的。至少不用總懷疑器件被靜電打壞了。)

　　安全：使用的材料要求滿足抗靜電、阻燃、防銹蝕、抗氧化以及安規等要求。

　　失效率：避免失效率高的器件，例如標貼的撥碼開關。盡量不要選擇裸Die的器件，容易開裂。不要選擇玻璃封裝的器件。大封裝的陶瓷電容不要選擇。

　　失效模式：需要考慮一些器件的失效模式是，開路還是斷路，會造成什么后果，都需要評估。這也是鉭電容慎選的一個重要原因。

　　3、可生產性：

　　不選用封裝尺寸小于0402的器件。

　　盡量選擇表貼器件，只做一次回流焊，就完成焊接，不需要進行波峰焊。部分插件器件如不可避免被選用的話，需要考慮，能否采用通孔回流焊的工藝完成焊接。減少焊接的工序和成本。

　　4、環保：

　　由于華為大量的產品是發往歐洲的，所以環保的要求也比較嚴格。由于歐盟提出無鉛化要求，曾經整個公司的幾乎所有的硬件工程師都在做無鉛化的整改。

　　5、考慮歸一化：

　　例如某產品已經選用了這個器件，并且在大量出貨的時候，往往有時這個器件的選型并不是很適合，也會選擇，因為不但可以通過數量的增多來重新談成本，還可以放心的選用，因為經過了大批量的驗證。這也是為什么傾向于選用成熟期的器件，而慎選導入期和衰落期的原因。

　　6、行業管理：

　　某一個大類，例如：電源、時鐘、處理器、內存、Flash等等都是有專門的人做整個公司的使用的規劃和協調，提前進行市場調研，分析，編寫規范。他們會參與到新器件的選型上來。

　　7、器件部門：

　　專門有器件部門的同事，會分析器件的失效原因，可靠性分析，拍攝器件的X光，評估器件壽命等等工作。

　　8、成本：

　　如果在上述因素都不是致命的情況下——上述的因素都是浮云，緊盯第八條。

　　5??九類元器件選型注意事項

　　無論多么復雜的電子產品都是由一顆顆物料構成的，所以物料選型在很大程度上能決定一個產品的質量與成本控制。

　　1、電容

　　慎用1206及以上封裝的貼片電容等器件，焊接過程中有實效風險陶瓷電容選用NPO(C0G)和X7R這兩類，溫度系數控制較好。鉭電解電容不要使用額定電壓超過25V產品。鋁電解電容一般選取日系產品，形成電壓一般是額定電壓的1.2?1.4倍。

　　一般情況下，各種電容ESR比較：鋁電容>鉭電容>陶瓷電容;關注高溫下時的紋波電流不要超出使用規格，否則會影響使用壽命;每種封裝的極限值不建議使用，一般要降一格使用;原廠只有中文手冊的不建議使用，一般都是各種封裝的極限臨界值。

　　2、電阻

　　① 慎用1206及以上封裝的貼片電容等器件，焊接過程中有實效風險;

　　② 一般電阻選精度1%厚膜金屬膜電阻，精度電阻選0.5%以上薄膜金屬膜電阻。

　　③ 排阻一般不建議選用，排阻的封裝使其失效風險大于單個貼片電阻。

　　④ 貼片0歐姆，其阻值不是絕對為零，最大阻值可為50毫歐。a) 0402 ~ 0603 :額定電流0.5A，超過70度時降額為0.3A; b) 0805 ~ 1206 :額定電流1A，超過70度時降額0.6A; c) 1206及以上:額定電流2A，超過70度時降額1.2A 貼片電阻能承受的脈沖電壓限制 0402 ~ 0603 :100V 0805 :300V 1206及以上：400V。

　　⑤貼片電阻能承受的脈沖電壓限制：a) 0402~0603:100V; b) 0805:300V; c) 1206及以上:400V。

　　3、二三極管

　　二三極管選型時注意以下參數在電路中是否夠用，防止損壞風險。

　　反向擊穿電壓Vbr，反向重復工作電壓Vrwm，最大平均正向平均電流If，正向壓降Vf，反向恢復時間Trr，熱阻Rjc，最高節溫Tjm。

　　4、磁珠

　　磁珠選型時要注意沖擊電流問題。常用0805和0603封裝磁珠承受沖擊電流建議。

　　多脈沖且微秒級 :10 ~ 40 倍額定電流;單脈沖 5~20uS，30~500倍額定值，如果是多脈沖降額到 30% 使用;1A 通流能力磁珠可至少承受 40A 電流 20 次 脈沖電流沖擊;從可靠性角度來看如果沖擊電流大于 25A 以上的應用場合 ，均需評估和分析考慮可靠性問題。

　　5、連接器

　　對于有彈性要求連接器(如網口)接插件材料一 般選用鈹青銅(CuBe)，鍍層為金(Au);連接器接插件 材料一般選用黃銅或錫青銅 ，鍍層一般選鍍錫 Tin(Sn) 或鍍金(Au);對頻繁插拔和有電流要求的連接器，鍍 層選鍍金(Au)的;在震動頻繁的場合不建議用鍍 錫Tin(Sn)的連接器超大電流的情況下可以選擇鍍 銀(Ag)的連接器。

　　6、晶體和晶振

　　盡量選用貼片封裝，行業內目前出貨量最大的是3.2mmx2.5mm(3225) 封裝;選擇AT切基頻，優選范圍12MHz~15MHz;一個晶振一般只驅動一個器件。

　　7、芯片

　　在一個項目之中最為重要的莫過于 MCU芯片，芯片的選擇要點：

　　慎選144腳及以上的QFP封裝芯片，焊接時失效風險很大;不同電平電路混用時轉換器件選擇要遵從數據手冊上輸入輸出電平的門限定義，必要時加入限流電阻;不用的輸入管腳不能懸空，接高還是接地要根據數據手冊確定，數據手冊沒有明確說明的，先用0歐電阻做選擇處理接高還是接地，等實測信號后再確認。芯片輸出管腳的驅動能力要參考數據手冊，要有足夠的預留，不超過額定的60%。

　　8、瞬時保護器件

　　瞬態保護器件(TVS 和 TSS)在選型時要考慮結電容對信號的影響。

　　9、其他器件

　　電感選型時要根據用途(電源使用、射頻或高頻電路)，選擇不同封裝的產品;

　　撥碼開關應盡量避免使用 ，焊接時失效風險很大 ;

　　電位器應盡量避免使用，焊接時失效風險很大;

　　光耦一般不用于高速信號(>1MHz)和模擬信號隔離;

　　保險絲選型時要考慮 IEC 標準和 UL 標準的區別等等。

　　6??元器件采購與供應鏈管理

　　一款產品一般由幾百甚至幾千個物料組成，這些物料必須按期備齊，以便制造產品。哪怕缺失一款小小的阻容感，生產也無法正常開展。不僅所有生產所需元器件需要按時到位，而且要保證這些物料盡可能價格低廉。

　　在這個過程中工程師和采購會面臨多個挑戰：

　　1)元器件來自多家供應商，經常有幾十個供應商為一款產品供應物料;

　　2)通常元器件購買支出占產品總成本的最大頭，采購者需要跟供應商協商爭取一個好價格，不然就會產生不必要的成本支出;

　　3)某個元器件供應商突然中斷供貨，比如經銷商把所有存貨賣給一個大客戶或地震造成工廠停工等，這時必須盡快找到其他供應商，以免影響正常生產;

　　4)所用元器件都可能被淘汰，供應鏈的工作人員需要負責找到合格的可替代物料，并且可能需要工程師參與修改元器件的重新設計工作;

　　5)元器件的交貨期不一樣，常見物料可能第二天就到貨，甚至當天就到，但是有些元件，比如定制的LCD可能要等上幾個月。

　　以LCD為例，如果你發現到貨的LCD有缺陷，則可能需要再等上幾個月才能拿到合格物料。

　　6)確保物料是正品，市面上會有一些品質低劣的貨源，可能會引發安全性和可靠性問題。如果發貨的產品包含劣質產品，可能會導致產品召回，甚至是更嚴重的后果。

　　針對上述問題，你可能已經想到了一種簡單的解決辦法，那就是在項目開始時就預定好生產需要用到的所有物料，然后把它們存放在庫房中。這樣生產時可以直接從庫房取用已經備好的物料，這樣就永遠不會出現元器件供應中斷的問題了，因為所有元件都可以隨時從庫房中取用。

　　但是，就財務和管理來說，庫存一般是需要花錢買來的，而且在做成成品之前，這些物料無法直接帶來任何收益。換句話說，庫存就意味著把投入的資金擺在貨架上，不但無法產生收益，而且占空間。

　　從財務和管理的角度看，最理想的情況是元器件到達的當天就投入使用，JIT精益生產模式，它們存入庫房的時間最多幾個小時。

　　正常情況下，你可以存放可供幾天生產的物料庫存，以便元器件的供應不中斷。而那些比較少見的元器件可存放較大量的庫存，因為供給鏈斷裂產生的風險也相應較高。

　　與制造商和分銷商進行談判：

　　一方面要確保所需物料能夠正常供應;

　　另一方面要盡可能地減少購買支出。

　　在元器件供應問題解決之后，你就有了生產所需的所有物料，接下來就要開始生產了。