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元器件概念及美欧元器件分类

嘉峪检测网        2020-09-12 12:48

1) 什么是元器件?

 

自从元器件诞生的第一天起,不同专家和机构就给出了不同的定义,尽管这些定义不尽相同,但都包括了两个最基本的属性:

实现某种电路功能;

不可拆分。

抓住这两个基本属性,围绕元器件的其他问题就变得容易理解,比如:

元器件的分类;

元器件的等级;

元器件的批次;

......

第一属性:元器件的电路功能。

怎么理解元器件的功能呢?我们首先要看元器件的输入和输出关系,数学上表示为y=f(x):

如果,最简单的,输入和输出一模一样,那它就是起导通作用的,比如直流电路里的导线、连接器,微波链路里的波导;

如果输出信号比输入信号明显增大,那它很可能是个放大器;反之,如果明显的小,那它可能是个衰减器;

如果只有输入没有输出,那它应该是个负载终端,如果没有输入就有输出呢,那就是电源、频率源或者信号发生器

如果输入是连续的,可输出是离散的,或者说是数字的,那它是个模拟/数字转换器,简称A/D,反之就是D/A。当然也有些器件输入输出都是连续信号。总之,一个器件只要包含了模拟信号的处理,一般就认为它是模拟器件。

如果输入输出都是离散的,那它就是个数字器件了。CPU,存储器这些都属于这一类。元器件领域的摩尔定律,描述的主要就是数字器件的特性。因为这类器件功能非常复杂,通过信息输入输出关系很难了解它们的功能,所以还要借助时序图和逻辑图。

有些小部件,虽然也和元器件在一起工作,但本身没有实现某种电路功能,就不能算作元器件。比如说配合电源模块使用的散热片,固定螺栓等。

 

不可拆分

就是说,元器件能实现的这个功能,必须是在完好的条件下。如果你把它拆开,就没办法组装回去了,即便能组装回去,也实现不了原来设计的功能或者性能了。这是他和设备、部件、组件等等这些概念最主要的差别。这也是造成元器件和其他产品在管理模式上不尽相同根本原因之一。想像一下,别的产品如果测试发现问题,可以返工修理之后重新使用。可是对元器件来说,除了极个别的工序和环节,都是不能返工的,发现疑点只能通过一种特别的叫“破坏性物理分析”(英文缩写为DPA)手段,“破坏性”三个字意味着,经过这个分析,无论是否发现问题,这些元器件都不能再用了。正是由于这个特点,元器件生产过程中,特别注意保证产品的一致性,尤其是一个批次内的产品。因为这样,就可以通过有限的样品分析,来体现整个批次或多个批次质量的整体情况了。

 

2)元器件的分类

 

从中文名称的角度看,元器件中的“元”和“器”都源自于《易经》,所谓“元亨利贞”和“形而上者谓之道,形而下者谓之器”。“元”表示“发端”和“基础”,代表了不可再分性;“器”表示“具体的用途”,代表了功能性。而且,国内习惯上也把元器件分为元件和器件:有半导体结构一般称为器件,而没有的则称之为元件。国内相关领域的专业教学和很多中文参考书目,都是根据这个标准来分的。

 

 从英文名称的角度看,元器件通常采用parts和components这个单词。而且,从术语学意义上,二者是等价的,没有区别。中文语境中元件和器件的区分,在英文标准中找不到直接的对应。比较近似的概念是passive parts(无源元器件或者说被动器件)可以基本对应元件,active parts(有源元器件或者说主动器件)可以基本对应器件。说“基本”,是这里存在一些交叉点,比如:二极管,在英文文献中归入passive parts,但中文文献中属于器件。

 

 从现状来看,采用英文体系元器件标准的地区,在元器件的技术和管理方面有绝对优势和话语权。而且这一现状短期内不容易改变,因此我们工作中尽可能采用英文标准体系,以方便接轨。

 

说到元器件的分类,这是一个非常纠结的话题。多年前,我刚刚入行,参加一个元器件分类方面的研讨会,几位老专家对分类方案争论得非常激烈,谁也不能说服别人。面对老专家,我虽然插不上嘴,但也明白了一点,就是元器件的分类是一个主观问题,并没有客观统一的标准。

 

那么我们没什么要给元器件分类呢?根据社会学家邓巴的理论,人脑的认知带宽是有限的,能够处理的对象个数的上限大约是150个左右,再多的数量就要采用分级管理。元器件总的品种数以万计,远超人类认知能力范围。元器件在功能,工艺,外形封装等方面的差异,让分类这件事成为可能。也正是这样差异,让分类有点复杂。和元器件相关的人,大体上可以分为生产者,使用者和管理者三方。这三方对元器件的侧重点不同,在分类这件事上,想法也不同。还有,随着技术进步,元器件的范围也在迅速扩大,经常增加一些新的门类,而且以前一些板卡级或是部件级产品才能实现的功能,现在体积缩小,被封装成元器件了。

 

目前国外宇航元器件的分类标准也不太相同,我们看看两种比较主流的:

 

美军标MIL体系的分类:

 

MIL标准是美军的不同部门,在不同时期编写的各类标准,编号和命名都没有统一的标准和规范。往好的方向性说是“自然生长”,往不好的方面说是“缺乏顶层设计”。但这样一个体系支持了世界上最强大的军事工业体系。而另一些堪称完美的标准却被束之高阁,无人问津。有些时候,实用比完美更重要。

 

MIL标准里涉及元器件分类的标准很多,比较典型的是美国空军宇航部门负责编写的MIL-STD-1547B ELECTRONIC PARTS, MATERIALS, AND PROCESSES FOR SPACE VEHICLES空间飞行器电子元器件、材料和工艺要求。这个版本是2008年正式发布的,替代了原来的MIL-HDBK-1547A ELECTRONIC PARTS, MATERIALS, AND PROCESSES FOR SPACE AND LAUNCH VEHICLES。名字有个微调去掉了LAUNCH统一了航天器的叫法,而编号中的HDBK(手册)变成了STD(标准),表示这份文件从参考手册上升为强制标准。标准中包含了元器件、材料和工艺(主要是印制电路板),可以看做从使用者角度进行分类的典型。标准中的元器件分类如下(200分类包含所有2XX分类,以此类推):

 

 

200 CAPACITORS, GENERAL

210 CERAMIC CAPACITORS (CKS)

215 CERAMIC CAPACITORS, HIGH VOLTAGE (HVR) 

230 METALLIZED FILM CAPACITORS (CRS) 

232 METALLIZED FILM CAPACITORS (CHS) 

240 GLASS DIELECTRIC CAPACITORS (CYR) 

250 FIXED MICA CAPACITORS (CMS) 

260 FIXED TANTALUM FOIL CAPACITORS (CLR 25, 27, 35, and 37) 

270 SOLID TANTALUM CAPACITORS (CSS) 

275 SOLID TANTALUM CHIP CAPACITORS (CWR) 

280 FIXED TANTALUM-TANTALUM CAPACITOR (SINTERED WET SLUG, CLS79, & CLS81)

300 CONNECTORS

400 QUARTZ CRYSTALS

500 DIODES

600 EMI AND RF FILTERS (FS)

700 FUSES

800 MAGNETIC DEVICES (TRANSFORMERS, INDUCTORS, AND COILS)

900 MICROCIRCUITS

910 INTEGRATED CIRCUITS

960 HYBRIDS

1000 RELAYS (CURRENT RATING OF 25 AMPERES OR LESS)

1100 RESISTORS

1110 FIXED COMPOSITION, INSULATED, CARBON COMPOSITION (RCR)

1120 FIXED FILM RESISTORS (RLR)

1125 FIXED FILM RESISTOR CHIPS (RM)

1130 FIXED METAL FILM RESISTORS (RSC)

1140 VARIABLE, NONWIRE-WOUND RESISTORS (RJR)

1150 VARIABLE, WIRE-WOUND RESISTORS (RTR)

1160 WIRE-WOUND, ACCURATE, RESISTORS (RBR)

1170 WIRE-WOUND, POWER-TYPE RESISTORS (RWR)

1180 WIRE-WOUND, CHASSIS-MOUNTED RESISTORS (RER)

1190 FIXED FILM RESISTANCE NETWORK (RZR)

1195 Thermistors (RTH)

1200 SWITCHES

1210 SENSITIVE AND PUSH (SNAP ACTION) SWITCHES

1220 THERMAL SWITCHES

1230 PRESSURE SWITCHES

1400 TRANSISTORS

1410 RF AND MICROWAVE TRANSISTORS

1500 WIRE AND CABLE

 

ESCCMIL体系的分类:

 

和MIL体系相反,ESCC标准体系优雅、简洁,漂亮的一塌糊涂,可依据这个体系认证的元器件品种数,至今仍无法和MIL体系相提并论。在这个体系下,元器件顶层分类为:  

Resistors and Thermistors    

Fuses    

Inductors    

Capacitors    

Wires and Cables    

Connectors    

Relays and Switches    

Crystals and SAW Devices    

Oscillators    

Miscellaneous Passive    

Discrete Semiconductors    

Integrated Circuits    

Hybrids    

Cable assembly    

Optoelectronics     

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来源:大国重器高端电子元器件