涉及到電子產(chǎn)品可靠性問題，必須注意的事項

你是否曾遇到過手機死機的麻煩，電熱水壺水沸騰后不能自動斷電，電磁爐按鍵失靈怎么按都不關機的情況嗎?這些都涉及到電子產(chǎn)品可靠性問題。

電子產(chǎn)品設計可靠性是指電子產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在給定的時間內執(zhí)行所要求的功能不出現(xiàn)失效的概率。一旦產(chǎn)品研制成功后，一般就認為產(chǎn)品設計已經(jīng)結束了。

產(chǎn)品可靠性更關注下一步會發(fā)生什么，如何能改變提高產(chǎn)品可靠性。提高產(chǎn)品可靠性是提高產(chǎn)品完好性和工作成功性，減少維修和壽命周期費用的重要途徑，在產(chǎn)品研制過程中，深入開展可靠性工程，對提高產(chǎn)品可靠性具有十分重要的意義。

為什么除了基本性能，還要評價可靠性？

為什么一批產(chǎn)品基本性能都經(jīng)測試合格,用一段時間后先會壞掉一部分?

為什么同一型號規(guī)格產(chǎn)品,基本性能值更高的,有時反而出現(xiàn)更多的壞品?

......

那是因為基本性能并沒有反映質量的全部,產(chǎn)品還有一個固有屬性—可靠性!可靠性表示產(chǎn)品連續(xù)穩(wěn)定工作的能力。產(chǎn)品基本性能直觀表征靜態(tài)質量合格與否，還不能反映產(chǎn)品質量的全貌、穩(wěn)定性。

產(chǎn)品質量特性包括構成產(chǎn)品質量的一切外在的特征和內在的特性：

電子元件的基本性能指標高，其可靠性不一定高。如果產(chǎn)品可靠性低，即使其初始技術性能再好也得不到發(fā)揮。例如，陶瓷貼片電容器的介質擊穿電壓較高的產(chǎn)品，很可能在高溫負載加速壽命試驗中失效率較高。

可靠性可以綜合反映產(chǎn)品的質量。電子元件的可靠性是電子設備可靠性的基礎，要提高設備或系統(tǒng)的可靠性必須提高電子元件的可靠性。

可靠性是電子元件重要質量指標，須加以考核和檢驗。

如何衡量和評價電子產(chǎn)品的可靠性

衡量可靠性的指標很多,常見的有以下幾種：

1、可靠度R（t），即產(chǎn)生在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率，亦稱平均無故障時間MTBF；

2、均維修時間MTTR，是指產(chǎn)品從發(fā)現(xiàn)故障到恢復規(guī)定功能所需要的時間；

3、失效率λ（t），是指產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下使用到時刻t后,產(chǎn)品失效的概率；

4、有效度A(t)，指產(chǎn)品能正常工作或在發(fā)生故障后在規(guī)定里能修復，而不影響正常生產(chǎn)的概率大小等。

產(chǎn)品的可靠性變化一般都有一定的規(guī)律，其特征曲線如圖所示，由于其形狀象浴盆，通常稱之為“浴盆曲線”。

在實驗和設計初期，由于產(chǎn)品設計制造中的錯誤、軟件不完善以及元器件篩選不夠等原因而造成早期失效率高，隨著調試、排除故障的進行，產(chǎn)品運轉逐漸正常，故障發(fā)生率逐步下降。

通過修正設計、改進工藝、老化元器件、以及整機試驗等，使產(chǎn)品進入穩(wěn)定的偶然失效期。這時產(chǎn)品已經(jīng)穩(wěn)定，操作工人已逐步掌握了產(chǎn)的性能、原理和調整的特點，故障明顯減少，產(chǎn)品進入正常運行階段。

在這一階段所發(fā)生的故障，一般是由于維護不當、使用不當、工作條件（負荷、溫度、環(huán)境等）劣化等原因，或者由于材料缺陷、控制失靈、結構不合理等設計、制造上存在的問題所致。

使用一般時間后，由于器件耗損、整機老化以及維護等原因，產(chǎn)品進入了耗損失效期。

隨著使用時間延長，各元器件因磨損、腐蝕、疲勞、材料老化等逐漸加劇而失效，致使產(chǎn)品故障增多，效能下降，為排除故障所需時間和排除故障的難度都逐漸增加，維修費用上升。

這時應采取不同形式的檢修、或進行技術改造，才能恢復效能。如果繼續(xù)使用，就可能造成事故。

這就是可靠性特征曲線呈“浴盆曲線”型的原因。

影響電子元器件可靠性的因素

1、設計不合理

根據(jù)元器件失效分析統(tǒng)計情況，電子元器件的失效，不僅僅是電子元器件本身的品質問題，還有些是由于設計不合理引起的。

例如：某產(chǎn)品在調試過程中發(fā)現(xiàn)晶振振蕩不穩(wěn)定，開始以為晶振本身有問題，對其進行更換后問題依然存在。

由于晶振比較簡單，只有供電電壓和地，所以用示波器對其供電電壓進行測試，發(fā)現(xiàn)其上的紋波比較大，然后給供電電壓增加一個對地0.1μF的濾波電容，故障消失，這就是因為電路設計抗干擾的能力不夠，導致晶振無法正常輸出。

2、人為因素

元器件在運輸、檢驗、安裝等情況下，都可以導致元器件的失效。電子元器件在運輸中和在車輛的應用中受到的振動、沖擊、碰撞等機械應力；在印刷電路板焊接時的過熱現(xiàn)象；在開關打開或關閉時產(chǎn)生的浪涌電壓；發(fā)動機產(chǎn)生的噪聲；干燥環(huán)境下的靜電影響；生產(chǎn)場地周圍的電磁場；以及印刷電路板焊接完后，清潔工作中產(chǎn)生的超聲振動等因素。

據(jù)《可靠性與質量信息》統(tǒng)計：各種不合理使用及人為損壞元器件造成的失效比例，在整個元器件失效比例中約占57.6%。

比如一般在閱讀器件的使用手冊pdf時，凡有ESD CAUTION提示的，一般包括CMOS、電路、場效應管都必須注意靜電防護，否則很容易擊穿元器件。

所以這些元器件在使用的過程中，必須具有嚴格的防靜電措施，如配備防靜電服，手套和膠皮等，同時在人工用電烙鐵進行印制板焊接時，必須保證電烙鐵的良好接地，必要時對裝配工要佩戴防靜電手鐲，防止元器件被靜電擊穿，人為因素導致器件失效。

產(chǎn)品設計者、制造者及使用者形成能發(fā)揮其潛在功能的環(huán)境，如果能提供良好的工作環(huán)境，造成良好昀心理反映和思想意識，就可達到良好設計、優(yōu)質制造、可靠操作，保證設備良好運轉并可靠使用，使電子元器件的可靠性達到規(guī)定要求。

3、自然環(huán)境因素

自然環(huán)境條件嚴重影響產(chǎn)品的可靠性，給國民經(jīng)濟造成重大損失。

據(jù)美國國家標準局近年的調查，由于腐蝕使美國每年的損失相當于國民生產(chǎn)總值的4%，這比美國每年的水災、風災、雷擊和地震等自然災害所造成的損失的總和還要嚴重。

美國曾經(jīng)對機載電子設備全年的故障進行剖析，發(fā)現(xiàn)故障的原因如下：50%以上的故障是由各種環(huán)境所致，而溫度、振動、濕度等3項環(huán)境造成電子設備43. 58%的故障率，其中由溫度引起的故障占22. 2%，由振動引起的故障占11. 38%，由潮濕引起的故障占10%‘5]，所以溫度、振動、濕度等環(huán)境條件對電子設備及設備中電子元器件的影響必須引起足夠的重視。

4、其它因素

除了由于自然環(huán)境和人為失誤引起的物理應力外，電子元器件制造設備或系統(tǒng)的操作條件也可影響到電子元器件的可靠性。

例如，在高額定電壓下操作可能導致設備損壞；在低于額定電壓下操作可能導致設備故障；或由于沒有遵守設備的時限操作規(guī)定而導致的故障或損壞等都是影響電子元器件可靠性的因素。

影響電子元器件可靠性的環(huán)境有單個因素和組合因素兩種形式，實際上，組合環(huán)境對可靠性的危害要比單個環(huán)境的影響更大，例如溫度和濕度的并存作用往往是引起電子元器件腐蝕的主要原因。

在確定電子元器件設計特性時，應清楚了解各類環(huán)境因素、組合效應以及它們對產(chǎn)品可靠性的影響程度是非常重要的。

設計方案或試驗評價方案除了考慮使用單個環(huán)境因素外，還必須要考慮組合的環(huán)境因素影響，因為電子元器件在運輸、使用過程中有可能處在某種組合環(huán)境下。

電子產(chǎn)品可靠性設計必須注意的事項

1、產(chǎn)品使用因素

溫度、濕度、振動、腐蝕、污染、產(chǎn)品可能承受的壓力、服務的嚴酷度、靜電釋放環(huán)境、射頻干擾、吞吐量并使其特征、應力強度分析等等這些都是產(chǎn)品使用的因素，必須考察。

2、設計失效模式分析

就實際情況而言，了解失效的潛在原因是防止失效的根本原因所在，要預知所有這些原因幾乎是不切實際的，所以還必須細考慮到所涉及的不確定性。

在設計、開發(fā)制造和服務過程中，可靠性工程方面的努力應該注重所有“可預計”和“可能未預計”的失效原因。以確保防止發(fā)生失效或使發(fā)生失效的概率最小。

3、失效模式和影響分析

失效模式和影響分析是指對系統(tǒng)進行分析，以識別潛在失效模式、失效原因及對系統(tǒng)性能(包括組件、系統(tǒng)或者過程的性能)影響的系統(tǒng)化程序。此項分析應盡可能在開發(fā)周期的早期階段成功進行，以獲得消除或減少失效模式的最佳效費比。

失效模式和影響分析可描述為一組系統(tǒng)化的活動。目的是發(fā)現(xiàn)和評價產(chǎn)品過程中潛在的失效及后果;找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施。它是對設計過程的更加完善化，以明確必須做什么樣的設計和過程才能滿足顧客的需要。

4、容差和最差案例分析

使用各種數(shù)學計算分析技術(如總和平方根、極值分析和統(tǒng)計公差)以使影響可靠性的變差特性化。主要分析產(chǎn)品的組成部分在規(guī)定的使用范圍內，其參數(shù)偏差和寄生參數(shù)對性能容差的影響，并根據(jù)分析結果提出相應的改進措施。

電路容差分析工作應用在產(chǎn)品詳細設計階段，已經(jīng)具備了電路的詳細設計資料后完成。電路性能參數(shù)發(fā)生變化的主要表現(xiàn)有性能不穩(wěn)定，參數(shù)發(fā)生漂移，退化等，造成這種現(xiàn)象的原因有組成電路零部件參數(shù)存在公差，環(huán)境條件的變化產(chǎn)生參數(shù)漂移，退化效應。設計過程中要分析電路上下限工作條件，

5、最壞情況分析法

最壞情況分析法是分析電路組成部分參數(shù)最壞組合情況下的電路性能參數(shù)偏差的一種非概率統(tǒng)計方法。它利用已知零部件參數(shù)的變化極限來預計系統(tǒng)性能參數(shù)變化是否超過了允許范圍。最壞情況分析法可以預測某個系統(tǒng)是否發(fā)生漂移故障，并提供改進方向，該方法簡便，直觀。但分析的結果偏于保守。

電子產(chǎn)品可靠性設計內容

在產(chǎn)品設計過程中，為消除產(chǎn)品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術活動?？煽啃栽O計是可靠性工程的重要組成部分，是實現(xiàn)產(chǎn)品固有可靠性要求的最關鍵的環(huán)節(jié)，是在可靠性分析的基礎上通過制定和貫徹可靠性設計準則來實現(xiàn)的 。

在產(chǎn)品研制過程中，常用的可靠性設計原則和方法有：元器件選擇和控制、熱設計、簡化設計、降額設計、冗余和容錯設計、環(huán)境防護設計、健壯設計和人為因素設計等。除了元器件選擇和控制、熱設計主要用于電子產(chǎn)品的可靠性設計外，其余的設計原則及方法均適用于電子產(chǎn)品和機械產(chǎn)品的可靠性設計。

電子產(chǎn)品可靠性設計中的幾大誤區(qū)

誤區(qū)1、產(chǎn)品故障=產(chǎn)品不可靠

產(chǎn)品出現(xiàn)問題，有時候并不是研發(fā)的問題，曾經(jīng)有案例，面向國內中等以上發(fā)達地區(qū)的設備，因為在國內用的不錯，所以出口到了哥倫比亞，但在那里頻頻故障，故障的原因在于中國中國大陸中等以上發(fā)達地區(qū)的海拔都比較低，所以高海拔地區(qū)，設備的氣密性受到了挑戰(zhàn)，設備內外壓差增大泄露率增加。

項目立項時只考慮了低海拔，所以人家的設計是沒問題的，誰決策了拿這個型號出口哥倫比亞，他才是罪魁禍首。產(chǎn)品可靠性是“規(guī)定的時間、規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力”。使用現(xiàn)場的條件常常超過了規(guī)定的條件，而這個超出很大可能是隱含的。

誤區(qū)2、過渡過程=穩(wěn)態(tài)過程

《一條影響著產(chǎn)品可靠性和社會和諧的曲線》介紹很能說明此圖的內容。

誤區(qū)3、降額很容易做到，沒啥問題

降額誰都會，如畫畫，誰都會，但不是誰都能靠畫畫生存。

1. 同功能、但不同工藝的器件降額系數(shù)不同。

2. 可調器件和定值器件降額系數(shù)不同。

3. 負載不同，降額系數(shù)不同。

4. 同規(guī)格導線在多匝和單匝應用時降額系數(shù)不同。

5. 部分參數(shù)不可降額。

6. 結溫降額不可遺漏。

誤區(qū)4、器件可放心使用

器件損壞為何常被稱之為“燒”?原因就是器件失效大都是熱失效，另外，器件環(huán)境溫度≠整機環(huán)境溫度，器件環(huán)境受到機箱內其他器件散熱的影響，一般器件環(huán)境溫度比整機環(huán)境溫度要高。

誤區(qū)5、電子可靠性跟機械、軟件專業(yè)無關

安裝、布線、布局、噴涂的處理都會影響電氣性能；電磁兼容、虛焊、散熱、振動噪聲、腐蝕、接地都和結構有關；軟件的防錯、判錯、糾錯、容錯處理措施可避免機械和電子缺陷問題。

誤區(qū)6、器件很簡單，Datasheet有無無所謂

做設計時一定要拿到所有器件的Datasheet，然后閱讀其上的所有圖形圖表和參數(shù)，最后實在設計上和這些曲線建立聯(lián)系。設計時需要謹慎確認該器件在我們電路中的靜態(tài)工作點。

誤區(qū)7、可維修性跟我無關

電子產(chǎn)品可靠性工作的目的是什么?是賺錢。賺錢靠什么?開源和節(jié)流，開源難，節(jié)流易，不要總想著從材料費上省，材料費省了，維修費高了，從早死換成了晚死，早晚還是死。最好的方式就是重視可維修性，省掉這部分費用。這是貨真價實的利潤。

誤區(qū)8、制程控制不好是沒有好的工藝人員

制程控制不好不僅僅是工藝人員的問題，這是一條價值鏈的建設過程。設計工程師對器件的要求、采購工程師的廠家選擇、檢驗環(huán)節(jié)的控制內容應該設計上對器件關鍵指標的部分、檢測方法不應引入元器件的失效機理和損傷、裝配環(huán)節(jié)也不應引入損傷(波峰焊爐溫控制，手工焊接臺面的防靜電處理等)、出廠檢驗環(huán)節(jié)應該檢查器件參數(shù)漂移可能會導致產(chǎn)品故障的部分內容、維修環(huán)節(jié)不應引入失效。

由上可以看出，出現(xiàn)問題哪是區(qū)區(qū)兩位工藝工程師能保證得了的。所以總結出具體的做法是建立一致性，一致性的前提是設計人員提供充分、有主次的技術信息，工藝僅僅是依據(jù)設計圖紙和設計文件來保障制造可靠性無限逼近于設計可靠性。

誤區(qū)9、MTBF值與單臺具體機器的故障率的關系

MTBF是宏觀、統(tǒng)計的概念，單臺機器故障是微觀、具體的概念?？蛻糇钕矚g問一個問題“你這個產(chǎn)品的MTBF值是10000小時，那我買你的這一臺是不是10000h內就不會出現(xiàn)問題?”這是一個關公戰(zhàn)秦瓊誰更厲害的概念。

誤區(qū)10、加強測試就可解決可靠性問題

此問題既然能名列十大誤區(qū)之一，其定義自然是錯誤的。

總結有三：

1、 有些問題通過模擬測試實驗根本測不出來。

2、 測試手段=工程計算+規(guī)范審查+模擬試驗+電子仿真。

3、 通過溫度加強試驗的結果計算不出對應的低溫工作時間。

電子產(chǎn)品設計成型后，還必須對產(chǎn)品進行可靠性試驗，產(chǎn)品可靠性試驗是激發(fā)潛在失效模式，提出改進措施，確定項目或系統(tǒng)是否滿足預先制定的可靠性要求的必須步驟。