2电子产品可靠性设计分析方法PPT课件
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电子产品质量与可靠性技术 PPT
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例4：神舟5号火箭发射成功的可靠性为0.997.
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不可靠度
定义：是指产品在规定的条件下，在规定的时间内 、产品不能完成规定的功能的概率。它也是时间的 函数，记作F(t)，也称为累积F(t)=p(T≤ t)
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R(t)+F(t)=1
失效概率密度f(t)
定义：失效概率密度是累积失效概率F(t)对时间的变化率， 它表示产品寿命落在包含t的单位时间内的概率，即t时刻， 产品在单位时间内失效的概率
可靠性指标的选择的依据
a、装备的类型，例如对坦克为平均无故障里程（ MMBF）、对于飞机为平均无故障飞行小时（ MFHBF）、对一般设备则为平均无故障时间（ MTBF）；
b、装备的使用要求（战时、平时、一次使用、重 复使用）对于一次使用的产品则为成功率（例 导弹）； c、装备可靠性的验证方法，厂内试验验证则用合 同参数，外场验证则用使用参数。
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可靠性模型
数学型
假设各单元寿命服从指数分布
Rs (t ) Ri (t )
i 1
n
MTBFs=1\λs
s i
i 1
n
建立产品的可靠性模型
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产品的可靠性模型是进行产品可靠性指标定量分配和 预计,以及开展产品可靠性分析的基础。
●
典型的可靠性模型有：
串联、并联（热储备）、混联、表决(k/n)、冷储备（ 非工作）和网络系统等。
dF (t ) f (t ) F (t ) dt
瞬时失效率λ(t)，（简称失效率）
●
定义：是在t时刻，尚未失效的产品，在该时刻后的 单位时间内发生失效的概率。
(t ) lim
t 0
F (t t ) F (t ) dF (t ) 1 R(t )t dt R(t )
《电子产品的可靠性》PPT课件
可 靠 性精定选性PP要T求
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可靠性设计------ 3.系统可靠性设计技术流程 2.系统（产品）方案论证及确认阶段
工作流程说明：
1、 按照确定的可靠性定量指标，进行系统可靠性指标的分配，使系统各层次 设计明确各自的设计目标。 2、 按照设计方案建立系统可靠性模型，进行系统可靠性预计，发现薄弱环节 ，改进设计， 并判定设计方案能否满足系统可靠性定量要求。 3、 改进方案调整可靠性分配指标，再次进行可靠性预计，可反复多次进行。 4、 按照确定的可靠性定性要求，制定初步的可靠性设计总则，包括：降额设 计总则、优选元器件清单（PPL），热设计总则、EMC设计等，来指导系统设计 。 5. 按照已确定的可靠性定性要求，进行功能FMEA、FTA等分析工作，发现薄 弱环节，改进设计。
26.12.2020
精选PPT
10
可靠性设计--------现代系统设计思想
产品电气原理 设计
可靠性设计
单 板 布 线 前 的 SI仿 真
热 设 计 仿 真 （ B ETA）
N
TEST PASS
Y PCB 布 局 、 布 线
EM I仿 真
布 线 后 S I 、 P I（ 电 源 完 整 性 ）、 E M I 分 析
可靠性定性要求 工程研制初步设计阶段可靠性工程设计流程
26.12.2020
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可靠性设计------ 3.系统可靠性设计技术流程 3.系统（产品）工程研制阶段----详细设计阶段
研制任务：
1、 各层次产品全部详细图纸的设计 2、 功能、性能的详细设计、工程计 算 3. 技术文件的编制，包括产品标准 的 出台
精选PPT
18
可靠性设计------ 3.系统可靠性设计技术流程
电子设备的可靠性设计规范(ppt 155页)
说集电极电流所能达到的晶体三极管允
许的极限值。
第2章 电子设备的可靠性设计
(3) 集电极最大允许耗散功率PCM。
集电极最大允许耗散功率是指集电极因
受热而引起晶体三极管的参数变化不超
过规定允许值时，集电极所能消耗的最
大功率，或者说晶体管集电极温度升高
到不致将集电结烧毁所消耗的最大功率。
(4) 集-射间反向击穿电压(UCEO)。
2.1.1 工作环境 电子设备所处的工作环境多种多样。
气候条件、机械作用力和电磁干扰是影 响电子设备的主要因素。必须采取适当 的防护措施，将各种不良影响降低到最 低限度，以保证电子设备稳定、可靠地 工作。
第2章 电子设备的可靠性设计
1. 气候条件对电子设备的要求
气候条件主要包括温度、湿度、气
压、盐雾、大气污染、灰沙及日照等因
是产品经济性的首要环节。
(2) 根据产量确定产品结构形式和
产品类型。产量的大小决定着生产批量
的规模，生产批量不同，其生产方式类
型也不同，因而其生产经济性也不同。
第2章 电子设备的可靠性设计
(3) 运用价值工程观念，在保证产
品性能的条件下，按最经济的生产方法
设计零部件。在满足产品技术要求的条
件下，选用最经济合理的原材料和元器
而不致将其烧毁的最大限度功率值。它
是根据电阻器本身的阻值以及所通过的
电流和其两端所加的电压来确定的，是
选择电阻器的主要参数之一。常用电阻
器额定功率的系列值如表2.2所示。
第2章 电子设备的可靠性设计
表2.2 常用电阻器额定功率的系列值
第2章 电子设备的可靠性设计
(3) 温度系数。温度系数是指温度
(2) 反向饱和电流Is。反向饱和电流
《电子产品设计》PPT课件 (2)
②对半导体器件而言，它的 寿命长、稳定可靠，所以其 失效特性有特殊的地方，如 图所示。早期失效和一般元 件相同，失效率随时间增加 迅速下降。失效原因通常是 由于原材料缺陷和工艺因素 所引起。在偶然失效期，失 效率低且随时间递减。这一 时期失效率近似为一常数， 是半导体器件最好的工作时 期。半导体器件没有耗损失 效期，这是其特殊性所在。 类似半导体器件失效规律的 电子元器件还有固体钽电解 电容器，它的结构和特性类 似于半导体二极管。
（2）元器件的可靠性：
一般元器件的可靠性通常用失效率表示。由于元 器件都工作在偶然失效期，其失效率为常数。失效率λ(t)
与可靠度R(t)之间的关系R为(t) et
上式说明了正常工作概率（可靠度）在时间上是按指数 衰减的。当产品的工作时间等于产品平均正常工作时间 （平均寿命）时，产品的可靠度约为0．37。因此，要获 得较高的可靠度，产品的工作时间应远小于产品的平均寿 命，也就是工作时间越短其可靠性越高。
早期失效期：由设计、制造上的缺陷等原因而造成的失效 叫早期失效，发生早期失效的期间叫早期失效期。其特点 是失效率较高，但随着元器件工作时间的增加而失效率迅 速降低。通过对原材料和生产工艺加强检验和质量控制， 可以大大减少早期失效比例。在生产中对元器件进行筛选 老化，可使其早期失效大大降低，以保证筛选后的元器有 较低的失效率。
第四节 电子产品的可靠性设计
可靠性概念
电子产品的可靠性是指它的有效工作寿命。即 它能够完成某一特定功能的时间。（也可定义为产品在规 定的时间内，按规定的条件，完成规定功能的能力。）
规定的时间：
规定的条件：
规定功能：
电子产品可靠性设计的涉及面非常广泛。它涉及
到产品的可靠性模型，可靠度和维修的要求，预计和分配，
电子产品结构可靠性与防护设计ppt课件
拟） ❖ 注意优化、可靠性、性价比，尽量采用标
准化、通用化零部件
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9
电子产品总体结构与防护设计
结构设计的一般方法 1、熟悉设备的技术指标和使用条件 2、确定结构方案 3、确定机壳的尺寸和所用的材料 4、进行总体布局
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10
电子产品总体结构与防护设计
随着电子产品范围的不断扩大，其功 能日趋复杂，结果是产品的组件数目、体 积、重量、耗电量和成本增加了，而可靠 性却在下降。解决这个问题的主要方法就 是在产品中大量采用集成电路、功能集成 件和系统功能集成件，这就导致电子设备 结构的变革，使产品组装电路的结构微型 化，产品结构进一步组合化。
电子产品总体结构与防护设计
电子产品 结构可靠性与防护设计
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1
电子产品总体结构与防护设计
一、 电子产品结构设计
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2
电子产品总体结构与防护设计
普通电子产品的结构设计，是相对比较简单的 一种机械设计，主要任务是为电路提供一个保护外 壳或安装支撑平台，一般没有运动机构部分，不必 考虑磨损和应力，材料的选择和工艺处理也比较简 单。
SYV 聚 氯 乙 烯 -40~+60℃
固定式无线 图 中
绝缘同轴 射频电缆
电 装 置 （ 50 (c) Ω）
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28
电子产品总体结构与防护设计
表2
型号 名称
工作条件
主要用途 结构
RV S 聚 氯 乙 烯 450V
或 家 用 电 器 、小 图 中
绝 缘 双 绞 750V/AC ， <50 型 电 动 工 具 ， (d)
线径制：用导线直径的毫米（mm）数表示线规 ，
准化、通用化零部件
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9
电子产品总体结构与防护设计
结构设计的一般方法 1、熟悉设备的技术指标和使用条件 2、确定结构方案 3、确定机壳的尺寸和所用的材料 4、进行总体布局
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电子产品总体结构与防护设计
随着电子产品范围的不断扩大，其功 能日趋复杂，结果是产品的组件数目、体 积、重量、耗电量和成本增加了，而可靠 性却在下降。解决这个问题的主要方法就 是在产品中大量采用集成电路、功能集成 件和系统功能集成件，这就导致电子设备 结构的变革，使产品组装电路的结构微型 化，产品结构进一步组合化。
电子产品总体结构与防护设计
电子产品 结构可靠性与防护设计
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1
电子产品总体结构与防护设计
一、 电子产品结构设计
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电子产品总体结构与防护设计
普通电子产品的结构设计，是相对比较简单的 一种机械设计，主要任务是为电路提供一个保护外 壳或安装支撑平台，一般没有运动机构部分，不必 考虑磨损和应力，材料的选择和工艺处理也比较简 单。
SYV 聚 氯 乙 烯 -40~+60℃
固定式无线 图 中
绝缘同轴 射频电缆
电 装 置 （ 50 (c) Ω）
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电子产品总体结构与防护设计
表2
型号 名称
工作条件
主要用途 结构
RV S 聚 氯 乙 烯 450V
或 家 用 电 器 、小 图 中
绝 缘 双 绞 750V/AC ， <50 型 电 动 工 具 ， (d)
线径制：用导线直径的毫米（mm）数表示线规 ，
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膜固定 与环境
电阻器
允许偏
电阻器 试验研
差：
生产线 究所质
温度系
COC-L- 检中心
数：
001-94
返回
23.11.2020
R,P,M,L
23.11.2020
Reliability Design and Analysis
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电子元器件的质量等级
➢国内元器件的质量等级
半导体集成电路质量系数等级
质量等级
质量要求说明
质量要求补充说明 πQ
执行 GJB597-88《微电路总规范》且经军 A1 用电子元器件质量认证合格的 S 级产品
号称
型号 格证书编号 范编号 能与认 定 名称 名称及 验室名 应
及确认 证范围 合
合格证
称企
号
格
书编号
业
水
型
平
号
有可靠 RJK5 COC-P-006 GJB244/ 额定功 L 北京第 有可靠 中国电
性指标 3
-94
2-87 耗：
二无线 性指标 子产品
的金属
阻值范
电器件 的金属 可靠性
膜固定
围：Biblioteka 厂C2 封装的产品
1.0 4.0
14.0 返回
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Reliability Design and Analysis
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元器件的选择与控制
➢ 目的
– 保证元器件的性能、质量等应满足产品要求； – 保证畅通的采购渠道、稳定的货源； – 减少品种； – 降低采购费用； – 正确的使用。
➢ 选择控制的总原则
导体集成电路总技术条件》的Ⅰ类产品 类产品
按 GBJ597-88 的筛选要求进行筛选的 B2 按“七九○五”七专
B
B1
质量等级的产品，执行 SJ331-83 的Ⅱ类产 质量控制技术协议组 0.5
品
织生产的产品
B2
执行 SJ331-83 的Ⅲ类产品
C1
执行 SJ331-83 的Ⅳ类产品
C
低档产品或用有机材料（如环氧树脂等）
➢元器件的采购缺乏“质量等级”概念“，渠道不畅、不稳；
➢元器件的使用：近一半的元器件失效并非由于元器件本身的 固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选择不当或使用有 误。航天部半导体器件失效分析中心的统计数字：
年份
1989
比例（%） 61
使用失效的比例
1990
1991
40
56
1992 45
1993 46
➢国外电子元器件的质量等级
国外元器件的质量等级
元器件类别
质量等级
集成电路
S,S-1,B,B-1,B-2,D,D-1
半导体分立器件
JANTXV,JANTX,JAN
有可靠性指标的电容器
D,C,S,R,B,P,M,L
有可靠性指标的电阻器
S,R,P,M
有可靠性指标的射频模制线圈
S,R,P,M
有可靠性指标的继电器
返回
23.11.2020
Reliability Design and Analysis
4
电子元器件的质量等级
质量等级：是指元器件装机使用之前，在制造、试验及筛
选过程中其质量的控制等级。 它对元器件的失效率有很大
的影响。
目前，预计国外、国内元器件失效率时，用质量系数πQ作 为不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。
阻器
围： 10.5
028JT
温度范
围：
分频器
54LS673
MIL-STD- MOTOROLA 优选
883
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Reliability Design and Analysis
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QPL清单
军用电子元器件合格产品目录（1995）
序 产品名 产品 质量认证合 详细规 主要性 鉴 制造厂 生产线 鉴定实 对
➢ 元器件的正确使用
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为什么要控制电子元器件的 选择与正确使用
➢电子元器件是电子、电气系统的基础产品，是能够完成预定 功能而不能再分割的电路基本单元，其自身的可靠性是十分重 要的；
➢设计人员注重元器件的功能与性能，不关心其“质量等级”；
执行 GJB597-88，且经军用电子元器件质
A2 量认证合格的 B 级产品
A
执行 GJB4589.1-84《半导体集成电路总
0.1 按 QZJ840614 ～
规范》，且经中国电子元器件质量认证委员 840615“七专”技术条 A3 会认证合格的Ⅱ类产品；执行 SJ331-83《半 件组织生产的Ⅰ，ⅠA 0.25
设计手册 ) ➢ 环境应力筛选(GJB1032-90，电子产品环境应力
筛选方法 )
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Reliability Design and Analysis
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电子元器件的选择与使用
➢ 为什么要控制选择与正确使用电子元器件
➢ 电子元器件的质量等级
➢ 元器件的选择控制 – 目的 – 原则 – 管理
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元器件的选择与控制
➢ 元器件的控制大纲 – 建立元器件控制机构 – 建立控制方案 • 控制策略：全面、重点，即广度与深度 • 控制元器件的名称与种类 • 规定选用的顺序 – 元器件优选清单(PPL) • QPL：Qualified Product List 经过质量鉴定合格的元器 件清单(合格元器件清单) • PPL：Preferred Parts List 优选元器件品清单 – 制定降额准则、热设计准则及其他使用指南 – 元器件筛选 – 对转承制方元器件选用要求及控制 – 对选用非优选元器件的控制程序
继续
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Reliability Design and Analysis
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PPL清单
➢优选清单格式
XX型飞机电子元器件优选目录（1994）
序号 元器件名称 型号 主要技术 结构外形 适用标准 生产厂家 适用类别
参数
精密金属模电 RJ25-1/2 阻值范 Φ3.9× RUO.467. 718厂 优选
电子产品可靠性设计分析方法
23.11.2020
Reliability Design and Analysis
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电子产品可靠性设计分析方法
➢ 电子元器件的选择与使用(GJB546-88，电子元 器件可靠性保证大纲 )
➢ 降额设计(GJB/Z35-93，元器件降额准则 ) ➢ 热分析热设计(GJBZ27-92，电子设备可靠性热
– 元器件的技术性能、质量等级、使用条件等应满足产品要求； – 优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途且供应渠
道可靠的标准元器件； – 在产品设计时，应最大限度地压缩元器件的品种、规格及其生产
厂点； – 要严格控制新研元器件的使用。
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