电子元器件是电子系统的基础部件，是能够完成预定功能且不能再分割的电路基本单元。由于电子元器件的数量、品种众多，因此它们的性能、可靠性等参数对整个电子产品的系统性能、可靠性、寿命周期等技术指标的影响极大。

　　所以正确有效地选择和使用电子元器件是提高电子产品可靠性水平的一项重要工作。电子元器件的可靠性分为固有可靠性和使用可靠性固有可靠性主要由设计和制造工作来保证，这是元器件生产厂的任务。

　　但是国内外失效分析资料表明，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，而是由于使用者对元器件的选择不当或使用有误造成的。因此为了保证电子产品的可靠性，就必须对电子元器件的选择和应用加以严格控制。

　　1️⃣元器件选型基本原则：

　　1)普遍性原则：所选的元器件要是被广泛使用验证过的，尽量少使用冷门、偏门芯片，减少开发风险。

　　2)高性价比原则：在功能、性能、使用率都相近的情况下，尽量选择价格比较好的元器件，降低成本。

　　3)采购方便原则：尽量选择容易买到、供货周期短的元器件。

　　4)持续发展原则：尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件。

　　5)可替代原则：尽量选择pin to pin兼容芯片品牌比较多的元器件。

　　6)向上兼容原则：尽量选择以前老产品用过的元器件。

　　7)资源节约原则：尽量用上元器件的全部功能和管脚。

　　8)降额设计原则：对于需要降额设计的部件，尽量进行降额选型，参考标准参见GJB/Z 35《元器件降额准则》。

　　9) 便于生产原则：在满足产品功能和性能的条件下，元器件封装尽量选择表贴型，间距宽的型号，封装复杂度低的型号，降低生产难度，提高生产效率。

　　除满足上述基本原则之外,选型时还因遵循以下具体原则:

　　1) 所选器件遵循公司的归一化原则，在不影响功能、可靠性的前提下，尽可能少选择物料的种类。

　　2) 优选生命周期处于成长、成熟的器件;慎选生命周期处于衰落的器件，禁止选用停产的器件;选择停产器件走特批流程。

　　3) 功率器件优先选用RjA热阻小,Tj结温更大的封装型号。

　　4) 禁止选用封装尺寸小于0402(含)的器件。

　　5) 所选元器件MSL(潮湿敏感度等级)不能大于5级(含)。

　　6) 优先选用密封真空包装的型号，MSL(潮湿敏感度等级)大于2级(含)的，必须使用密封真空包装。

　　7) 优先选用卷带包装、托盘包装的型号。如果是潮湿敏感等级为二级或者以上的器件，则要求盘状塑料编带包装，盘状塑料编带必须能够承受125℃的高温。

　　8) 使用的材料要求满足抗静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要求。

　　9) 选型时必须向我公司合格供应商确认供货渠道是否通畅。

　　10) 对于关键器件，至少有两个品牌的型号可以互相替代，有的还要考虑方案级替代。

　　11) 电子物料选型时需确定的几个基本因素：

　　技术参数：电气参数，机械参数，见《规格书》;

　　型号，厂家料号，包括尾缀，以及可替换的型号;

　　封装;

　　使用环境;

　　供货渠道(品牌，供货商);

　　价格;

　　技术支持;

　　引用文件：GJB/Z 35 《元器件降额准则》。

　　芯片的选型过程是对各个维度考量的折衷。

　　2️⃣全流程关注芯片属性

　　1)我们在选型的时候，需要考虑试产的情况、同时需要考虑批量生产时的情况。

　　小批量采购的价格、供货周期、样片申请;同时需要关注，大批量之后的价格和供货周期。有可能批量变大之后，供货的价格没有优势、或者批量大了之后，产能不足。

　　另外，根据自己的实际采购情况，找对应的量级的供应商。例如，原厂往往不直接供货，需要通过代理商。有些代理商的供货量级都是有要求的。

　　之前，有一个选型，选择了ST的STM32F427IGT6，原厂很给力帮忙申请样片。但是在采购的过程中碰到的困难，虽然我们希望整盘采购，但是由于其代理商出货量都有一定的要求，导致价格跟一开始通过原厂了解到的价格不一致。要高出很多。

　　同时由于整个行业使用该芯片的场景不是很多，所以导致淘宝价格非常贵，根本没法接受。同时，有做芯片销售的朋友说是由于无人机厂家大量使用，导致有人在炒这颗芯片的价格，所以导致很难买到。

　　2)关注器件本身的生命周期与产品生命周期的匹配

　　对于通信设备一般要求我们选用的器件要有5年以上的生命周期，并且有后续完整的产品发展路标。

　　我们的当时的一个新硬件平台，产品规划的时候是用于替代发货量在百万级单板数量的成熟平台。由于切换周期比较长。新产品在完成开发后1~2年之后，才逐步上量。其中一个DSP电路板，外设存储是SDRAM。正在产品准备铺量的时候，镁光等几大 内存芯片厂家，宣布停产。导致产品刚上量，就大量囤积库存芯片，并且寻找台湾的小厂进行器件替代。

　　所以在器件选型的时候，充分体现了“人无远虑必有近忧”。

　　3)除了考虑功能和实验室环境，还需要考虑整个生命周期的场景。

　　3️⃣具体选型，处理器选型

　　要选好一款处理器，要考虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。

　　嵌入式微处理器选型的考虑因素

　　在产品开发中，作为核心芯片的微处理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因为它的资源越丰富、自带功能越强大，产品开发周期就越短，项目成功率就越高。但是，任何一款微处理器都不可能尽善尽美，满足每个用户的需要，所以这就涉及选型的问题。

　　1、应用领域

　　一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围，例如：工业控制领域产品的工作条件通常比较苛刻，因此对芯片的工作温度通常是宽温的，这样就得选择工业级的芯片，民用级的就被排除在外。目前，比较常见的应用领域分类有航天航空、通信、计算机、工业控制、医疗系统、消费电子、汽车电子等。

　　2、自带资源

　　经常会看到或听到这样的问题：主频是多少?有无内置的以太网MAC?有多少个I/O口?自带哪些接口?支持在线仿真吗?是否支持OS，能支持哪些OS?是否有外部存储接口?……以上都涉及芯片资源的问题，微处理器自带什么样的资源是选型的一个重要考虑因素。芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。

　　3、可扩展资源

　　硬件平台要支持OS、RAM和ROM，对资源的要求就比较高。芯片一般都有内置RAM和ROM，但其容量一般都很小，内置512KB就算很大了，但是运行OS一般都是兆级以上。这就要求芯片可扩展存储器。

　　4、功耗

　　单看“功耗”是一个较为抽象的名词。低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，还能增加可靠性，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。

　　5、封装

　　常见的微处理器芯片封装主要有QFP、BGA两大类型。BGA类型的封装焊接比较麻烦，一般的小公司都不会焊，但BGA封装的芯片体积会小很多。如果产品对芯片体积要求不严格，选型时最好选择QFP封装。

　　6、芯片的可延续性及技术的可继承性

　　目前，产品更新换代的速度很快，所以在选型时要考虑芯片的可升级性。如果是同一厂家同一内核系列的芯片，其技术可继承性就较好。应该考虑知名半导体公司，然后查询其相关产品，再作出判断。

　　7、价格及供货保证

　　芯片的价格和供货也是必须考虑的因素。许多芯片目前处于试用阶段(sampling)，其价格和供货就会处于不稳定状态，所以选型时尽量选择有量产的芯片。

　　8、仿真器

　　仿真器是硬件和底层软件调试时要用到的工具，开发初期如果没有它基本上会寸步难行。选择配套适合的仿真器，将会给开发带来许多便利。对于已经有仿真器的人们，在选型过程中要考虑它是否支持所选的芯片。

　　9、OS及开发工具

　　作为产品开发，在选型芯片时必须考虑其对软件的支持情况，如支持什么样的OS等。对于已有OS的人们，在选型过程中要考虑所选的芯片是否支持该OS，也可以反过来说，即这种OS是否支持该芯片。

　　10、技术支持

　　现在的趋势是买服务，也就是买技术支持。一个好的公司的技术支持能力相对比较有保证，所以选芯片时最好选择知名的半导体公司。

　　另外，芯片的成熟度取决于用户的使用规模及使用情况。选择市面上使用较广的芯片，将会有比较多的共享资源，给开发带来许多便利。

　　这里再说一点，有些厂家善于做MCU的简单应用，有的厂家善于做工控或者更复杂的MCU和CPU的应用，所以会各有优劣。

　　CPU按指令集架构体系分主流的有PowerPC、X86、MIPS、ARM四种，X86采用CISC指令集，POWERPC、MIPS、ARM采用RISC指令集，RISC的CPU多应用于嵌入式。

　　业界PowerPC主要用于网络通信市场，X86重点在PC、服务器市场，MIPS的目标市场为网络、通信等嵌入式应用以及数字消费类应用，ARM的目标市场为便携及手持计算设备、多媒体、数字消费类产品。

　　高端处理器中x86架构双核处理器和MIPS架构多核处理器业务定位不一样，MIPS处理器容易实现多核和多线程运算，在进行数据平面报文转发时表现出色，但单个处理器内核结构简单，进行复杂运算和报文深度处理时明显不如x86和PowerPC。数据处理选用多核MIPS或NP，控制应用选用PowerPC或嵌入式x86。

　　ARM器件的业界生态环境比较好，有多家芯片供应商可以提供ARM器件，选型必须经过多家对比分析和竞争评性评估。

　　4️⃣华为器件选型规范

　　华为整个公司都在“规范”运动，什么都写规范，人人都写规范，什么任职、绩效、技术等级都看规范。所以按照器件种类，很多人写了各种器件选型规范。当时，原理图评审的时候，听得最多的就是“规范就是这样写的”，这里面有一些问题：

　　1、写规范的人不一定水平高，或者写得不细致，如果出现错误那就更是害人了。

　　2、规范有时抑制了开发人的思维，什么都按照规范来，不一定适合实际的设计场景;例如我需要低成本设计，但是规范强调的是高质量，就不一定适用。

　　3、有了规范之后，也会导致部分开发人员不思考，例如晶振要求在50MHz以上，放pF级的电容进行电源滤波，而低于50MHz的不用。大家都不想为什么，自然也不知道为什么;再例如网口变压器防护，室内室外，按照各种EMC标准的设计要求，直接照着画就可以;但是很少有人想为什么，也不知道测试的结果怎样，等实际碰到困难时就抓瞎了。的确在有的时候提高了工作效率和产品质量，但是工具也发达，人也就越退化，这是必然。

　　4、有些器件的选型，不适合写规范，因为器件发展太快，有可能等你规范写好，器件都淘汰了。例如：在X86处理器进入通信领域了之后，处理器选型规范就显得多余。

　　规范确实能带来好处。但是，并不是所有工作都适合用规范来约束。硬件工程师要能跳出“参考电路”、跳出“规范”，从原理思考问题和设计。

　　当然规范还是非常有用的一个手段，是大量的理论分析+经验积累+实践数据的精华。我觉得当时我看得最多的规范，是《器件选型的降额规范》，这是基于大量试验，实际案例，总结出来的器件选型的时候，需要考虑的内容。

　　例如：规定选用铝电解电容的时候，需要考虑稳态的工作电压低于额定耐压90%;而钽电容，稳态的降额要求在50%;而陶瓷电容，稳态的降额要求在85%;因为这里考虑了一些器件的实效模式、最恶劣环境(高温、低温、最大功耗)，稳态功率和瞬态功率的差异等因素。

　　在华为的PDM系统上，器件都有一个优选等级“优选”“非优选”“禁选”“终端专用”等几个等级。工程师可以根据这个优选等级来直观的感受到器件是否优选。那么器件的优选等级，是考虑了哪些因素呢?

　　1、可供应性：

　　特别是华为这样厂家，有大量发货的产品。慎选生命周期处于衰落的器件，禁止选用停产的器件。我2005年时曾设计过一个电路，设计的时候就是拷贝别人的电路，结果加工的时候发现器件根本买不着，由于器件停产了，只能在电子市场买翻新的器件。

　　对于关键器件，至少有两个品牌的型号可以互相替代，有的还要考虑方案级替代。这点很重要，如果是独家供货的产品，是需要层层汇报，决策，评估风险的。

　　2、可靠性：

　　散热：功率器件优先选用RjA热阻小,Tj结温更大的封装型号;处理器选型，在性能满足的情况下，尽量选择功耗更小的器件。但是如果是Intel这样垄断的器件，你也只有忍受，加散热器，加风扇。

　　ESD：所选元器件抗静电能力至少达到250V。对于特殊的器件如：射频器件，抗ESD能力至少100V，并要求设计做防静电措施。(注：华为是严格要求，禁止裸手拿板的。我本来也不理解，后来我带团队之后，发现兄弟们花大量的时间在维修单板;我们的团队就非常严格要求这一点，看似降低效率，其实还是提高效率的。至少不用总怀疑器件被静电打坏了。)

　　安全：使用的材料要求满足抗静电、阻燃、防锈蚀、抗氧化以及安规等要求。

　　失效率：避免失效率高的器件，例如标贴的拨码开关。尽量不要选择裸Die的器件，容易开裂。不要选择玻璃封装的器件。大封装的陶瓷电容不要选择。

　　失效模式：需要考虑一些器件的失效模式是，开路还是断路，会造成什么后果，都需要评估。这也是钽电容慎选的一个重要原因。

　　3、可生产性：

　　不选用封装尺寸小于0402的器件。

　　尽量选择表贴器件，只做一次回流焊，就完成焊接，不需要进行波峰焊。部分插件器件如不可避免被选用的话，需要考虑，能否采用通孔回流焊的工艺完成焊接。减少焊接的工序和成本。

　　4、环保：

　　由于华为大量的产品是发往欧洲的，所以环保的要求也比较严格。由于欧盟提出无铅化要求，曾经整个公司的几乎所有的硬件工程师都在做无铅化的整改。

　　5、考虑归一化：

　　例如某产品已经选用了这个器件，并且在大量出货的时候，往往有时这个器件的选型并不是很适合，也会选择，因为不但可以通过数量的增多来重新谈成本，还可以放心的选用，因为经过了大批量的验证。这也是为什么倾向于选用成熟期的器件，而慎选导入期和衰落期的原因。

　　6、行业管理：

　　某一个大类，例如：电源、时钟、处理器、内存、Flash等等都是有专门的人做整个公司的使用的规划和协调，提前进行市场调研，分析，编写规范。他们会参与到新器件的选型上来。

　　7、器件部门：

　　专门有器件部门的同事，会分析器件的失效原因，可靠性分析，拍摄器件的X光，评估器件寿命等等工作。

　　8、成本：

　　如果在上述因素都不是致命的情况下——上述的因素都是浮云，紧盯第八条。

　　5️⃣九类元器件选型注意事项

　　无论多么复杂的电子产品都是由一颗颗物料构成的，所以物料选型在很大程度上能决定一个产品的质量与成本控制。

　　1、电容

　　慎用1206及以上封装的贴片电容等器件，焊接过程中有实效风险陶瓷电容选用NPO(C0G)和X7R这两类，温度系数控制较好。钽电解电容不要使用额定电压超过25V产品。铝电解电容一般选取日系产品，形成电压一般是额定电压的1.2〜1.4倍。

　　一般情况下，各种电容ESR比较：铝电容>钽电容>陶瓷电容;关注高温下时的纹波电流不要超出使用规格，否则会影响使用寿命;每种封装的极限值不建议使用，一般要降一格使用;原厂只有中文手册的不建议使用，一般都是各种封装的极限临界值。

　　2、电阻

　　① 慎用1206及以上封装的贴片电容等器件，焊接过程中有实效风险;

　　② 一般电阻选精度1%厚膜金属膜电阻，精度电阻选0.5%以上薄膜金属膜电阻。

　　③ 排阻一般不建议选用，排阻的封装使其失效风险大于单个贴片电阻。

　　④ 贴片0欧姆，其阻值不是绝对为零，最大阻值可为50毫欧。a) 0402 ~ 0603 :额定电流0.5A，超过70度时降额为0.3A; b) 0805 ~ 1206 :额定电流1A，超过70度时降额0.6A; c) 1206及以上:额定电流2A，超过70度时降额1.2A 贴片电阻能承受的脉冲电压限制 0402 ~ 0603 :100V 0805 :300V 1206及以上：400V。

　　⑤贴片电阻能承受的脉冲电压限制：a) 0402~0603:100V; b) 0805:300V; c) 1206及以上:400V。

　　3、二三极管

　　二三极管选型时注意以下参数在电路中是否够用，防止损坏风险。

　　反向击穿电压Vbr，反向重复工作电压Vrwm，最大平均正向平均电流If，正向压降Vf，反向恢复时间Trr，热阻Rjc，最高节温Tjm。

　　4、磁珠

　　磁珠选型时要注意冲击电流问题。常用0805和0603封装磁珠承受冲击电流建议。

　　多脉冲且微秒级 :10 ~ 40 倍额定电流;单脉冲 5~20uS，30~500倍额定值，如果是多脉冲降额到 30% 使用;1A 通流能力磁珠可至少承受 40A 电流 20 次 脉冲电流冲击;从可靠性角度来看如果冲击电流大于 25A 以上的应用场合 ，均需评估和分析考虑可靠性问题。

　　5、连接器

　　对于有弹性要求连接器(如网口)接插件材料一 般选用铍青铜(CuBe)，镀层为金(Au);连接器接插件 材料一般选用黄铜或锡青铜 ，镀层一般选镀锡 Tin(Sn) 或镀金(Au);对频繁插拔和有电流要求的连接器，镀 层选镀金(Au)的;在震动频繁的场合不建议用镀 锡Tin(Sn)的连接器超大电流的情况下可以选择镀 银(Ag)的连接器。

　　6、晶体和晶振

　　尽量选用贴片封装，行业内目前出货量最大的是3.2mmx2.5mm(3225) 封装;选择AT切基频，优选范围12MHz~15MHz;一个晶振一般只驱动一个器件。

　　7、芯片

　　在一个项目之中最为重要的莫过于 MCU芯片，芯片的选择要点：

　　慎选144脚及以上的QFP封装芯片，焊接时失效风险很大;不同电平电路混用时转换器件选择要遵从数据手册上输入输出电平的门限定义，必要时加入限流电阻;不用的输入管脚不能悬空，接高还是接地要根据数据手册确定，数据手册没有明确说明的，先用0欧电阻做选择处理接高还是接地，等实测信号后再确认。芯片输出管脚的驱动能力要参考数据手册，要有足够的预留，不超过额定的60%。

　　8、瞬时保护器件

　　瞬态保护器件(TVS 和 TSS)在选型时要考虑结电容对信号的影响。

　　9、其他器件

　　电感选型时要根据用途(电源使用、射频或高频电路)，选择不同封装的产品;

　　拨码开关应尽量避免使用 ，焊接时失效风险很大 ;

　　电位器应尽量避免使用，焊接时失效风险很大;

　　光耦一般不用于高速信号(>1MHz)和模拟信号隔离;

　　保险丝选型时要考虑 IEC 标准和 UL 标准的区别等等。

　　6️⃣元器件采购与供应链管理

　　一款产品一般由几百甚至几千个物料组成，这些物料必须按期备齐，以便制造产品。哪怕缺失一款小小的阻容感，生产也无法正常开展。不仅所有生产所需元器件需要按时到位，而且要保证这些物料尽可能价格低廉。

　　在这个过程中工程师和采购会面临多个挑战：

　　1)元器件来自多家供应商，经常有几十个供应商为一款产品供应物料;

　　2)通常元器件购买支出占产品总成本的最大头，采购者需要跟供应商协商争取一个好价格，不然就会产生不必要的成本支出;

　　3)某个元器件供应商突然中断供货，比如经销商把所有存货卖给一个大客户或地震造成工厂停工等，这时必须尽快找到其他供应商，以免影响正常生产;

　　4)所用元器件都可能被淘汰，供应链的工作人员需要负责找到合格的可替代物料，并且可能需要工程师参与修改元器件的重新设计工作;

　　5)元器件的交货期不一样，常见物料可能第二天就到货，甚至当天就到，但是有些元件，比如定制的LCD可能要等上几个月。

　　以LCD为例，如果你发现到货的LCD有缺陷，则可能需要再等上几个月才能拿到合格物料。

　　6)确保物料是正品，市面上会有一些品质低劣的货源，可能会引发安全性和可靠性问题。如果发货的产品包含劣质产品，可能会导致产品召回，甚至是更严重的后果。

　　针对上述问题，你可能已经想到了一种简单的解决办法，那就是在项目开始时就预定好生产需要用到的所有物料，然后把它们存放在库房中。这样生产时可以直接从库房取用已经备好的物料，这样就永远不会出现元器件供应中断的问题了，因为所有元件都可以随时从库房中取用。

　　但是，就财务和管理来说，库存一般是需要花钱买来的，而且在做成成品之前，这些物料无法直接带来任何收益。换句话说，库存就意味着把投入的资金摆在货架上，不但无法产生收益，而且占空间。

　　从财务和管理的角度看，最理想的情况是元器件到达的当天就投入使用，JIT精益生产模式，它们存入库房的时间最多几个小时。

　　正常情况下，你可以存放可供几天生产的物料库存，以便元器件的供应不中断。而那些比较少见的元器件可存放较大量的库存，因为供给链断裂产生的风险也相应较高。

　　与制造商和分销商进行谈判：

　　一方面要确保所需物料能够正常供应;

　　另一方面要尽可能地减少购买支出。

　　在元器件供应问题解决之后，你就有了生产所需的所有物料，接下来就要开始生产了。