电子产品设计PPT课件

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• 2. 兼顾可靠性与经济性 可靠性与经济性两者间必须合理兼顾。为了
提高产品的可靠性，就要在材料、工艺、设备和 管理等方面采取相应措施，这将导致生产和科研 费用的增加，但使用维修费用却随着可靠性提高 而降低，因而总的费用却不一定增加。如果可靠 性指标定得适当，总费用可达最低水平。反之， 若可靠性指标低，就必须增大使用和维修费用， 总费用仍有可能增加，使经济遭受损失。
• 偶然失效期：产品因偶然因素引起的失效叫偶然失效。产 品在早期失效之后，失效主要表现为偶然失效的时期叫偶 然失效期，也称随机失效期。其特点是失效率低而基本稳 定，可以认为失效率是一个常数，与时间无关。失效是随 机性质的。偶然失效期时间较长，是元器件的使用寿命期， 研究这一段失效意义最大。
• 耗损失效期：产品在使用的后期，由于老化、疲劳、耗损 等原因引起的失效叫耗损失效。主要发生耗损失效的时期 叫耗损失效期，又叫老化失效期。其特点是失效率随时间 迅速增加。到了这个时期，大部分元器件都开始失效，产 品迅速报废。在电子设备中，所有的元器件和组件都不能 工作于耗损失效期。
元器件
电 阻 器
1．6×10-8
单结晶体管
8．3×10-8
二极管(用于逻辑) 8．0×1011
二极管(用于整流) 1．7×10-9
电容器
固定碳膜电 阻器
固定电阻器
失效率 （1/h） 1．4×10-9
4×10-9
可变碳膜电 2．1×10-9 阻器
可变电阻器 2．7×10-8
金属化纸质 1．5×10-8 电容
是指在实际使用条件下和所要求的时间 内，系统参数处于给定的偏差范围内的概率。 计算时常用它的相对量---失效率。
预期寿命（平均无故障时间）=1/失效率
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R(t) et
★可靠度R（t）：是系统在规定的条件和时间内完 成规定功能的概率。 可用表达式： R=1-F F：表示系统在规定的条件和时间内丧失规定功能 的概率称为失效概率。 失效概率的计算：取N个同类产品，若在规定 的条件和时间下有n个失效，则失效概率为： F= n/ N 那么：R= (N –n)/ N=1-F
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• 3. 提高元器件的可靠性
元器件可靠性通常是用失效率来表征的。实 践发现，普通元器件和半导体元器件的失效规律 有相同之处，但也不完全相同。了解元器件的失 效规律，对于正确使用元器件，从而提高产品的 可靠性是很有益的。
（1）元器件的失效规律 ①对于阻容元件、继电器等 普通元器件来说，发现它们 有相似的失效规律，右图表 示了典型元器件的失效率与 工作时间的关系。这条关系 曲线就是通常所说的马鞍形 曲线或浴盆曲线，它划分为
三个阶段：
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• 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。
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• 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。
靠性费用设计和各种保证产品可靠性的技术措施。下面主
要介绍产品可靠性设计的指导思想和基本原则。
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• 1. 简化的设计方案 从产品可靠性的角度来看，产品愈复杂，所用的元器
件愈多，则产品的可靠性就越低。例如元器件的可靠性为 0．995时（平均数），具有10个元器件的设备，其可靠 性为0．96；而具有100个元器件的设备，其可靠性只有 0．60。因此，在满足产品性能要求的前提下，尽量简化 设计方案，减少所用元器件数目，是提高产品可靠性的重 要环节。同时也要尽量选用可靠性高的元器件。为了合理 地实现简化，应充分注意下列原则：
• （ 1）合理确定指标和性能，避免盲目追求高性能和高指标。 （2）综合利用硬件与软件的功能，充分发挥软件的功能，以减少硬 件的数量。 （3）尽量采用经过优化设计和实际考验的标准电路单元。 （4）积极慎重地采用新技术、新器件。 （5）对数字逻辑电路要进行简化设计。 （6）尽可能采用集成度较高的集成电路。 （7）尽可能采用数字电路来代替线性电路。
电子元器件失效率数据，可以通过对它的可靠性试验 求得：
λ=失效数／运用总数×运用时间 元器件失效率参数λ由生产厂家提供，应按照电子产品的 可靠性要求和成本控制要求等选择使用。
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下表为元器件ຫໍສະໝຸດ Baidu际失效率
元器件
半 开关晶体管 导 体 双极晶体管 器 件 功率晶体管
失效率 （1/h） 4．1×10-9
4．1×10-8
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，可
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• （3）使用条件对可靠性的影响： 使用条件包括工作环境条件和负荷条件
两方面。工作条件不同元器件的失效率变 化很大，有时可相差几百倍，一般地说， 所处的环境条件越恶劣，其失效率越大。
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2.可靠性度量指标： 整机的可靠性与它所使用的元器件的可
靠性、元器件的数量、电路设计的质量、产 品的结构类型等有关。对于不同的产品，可 用无故障率、可靠度、失效率等度量指标来 表示其可靠性。 ★无故障率：
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• （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)之间的关系为 R(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。