电子系统可靠性设计-电子元器件的可靠性选用119页PPT
《电子产品的可靠性》课件
电子产品可靠性关系到产品质量，我们需要了解它的定义和概念、评价指标、 影响因素、提高方法、应用及可能遇到的问题。
什么是电子产品的可靠性?
定义和概念
电子产品在规定的时间内，能够在规定的条件 下正常使用的概率。
可靠性与其他品质特性的关系
可靠性是产品品质的重要环境因素
4 使用与维护
环境条件如温度、湿度等会影响产品可靠性。
操作不当、维护保养不当等会降低产品可靠 性。
提高电子产品可靠性的方法
1
硬件和软件设计的可靠性考虑
从设计阶段开始考虑产品可靠性，采用成熟的设计方法和工具，减少缺陷和失误。
2
制造过程中的控制
制定质量控制标准，建立良好的生产管理流程，严格执行质量控制规程。
总结
电子产品可靠性的意义和重要性
影响产品质量和用户体验，决定产品的生死存亡。
发展趋势和展望
随着科技的进步，电子产品的可靠性将不断提高， 以适应消费者对品质的高要求。
电子产品可靠性的评价指标
MTBF
指产品平均无故障工作时间。
故障率
指每单位时间或每个工作周期内出现故障的概率。
可修性
指设计、制造、使用、维护中，产品维修保养的难 易程度。
影响电子产品可靠性的因素
1 材料选择
材料质量和稳定性直接影响产品可靠性。
2 设计与制造过程
设计和制造中的缺陷和失误会影响产品可靠 性。
3
产品测试与验证
进行全面的功能和可靠性测试和验证，确保产品符合质量标准和性能要求。
4
提供售后服务
完善的售后服务能提高客户满意度，增加产品的可靠性和信誉度。
电子产品可靠性的应用与问题
应用
电子产品质量与可靠性技术 PPT
第一篇. 可靠性参数与模型
1.可靠性概念与指标
产品的寿命特性
早期失效
使用寿命期
损耗失效期
寿命时间
产品的可靠Leabharlann 定义●●●
产品的可靠性就是在规定的条件下,在规定的时间内 、产品完成规定功能的能力。 产品可靠性定义包括下列四要素： ⑴规定的时间； ⑵规定的环境和使用条件； ⑶规定的任务和功能； ⑷具体的可靠性指标值； 对于一个具体的产品，应按上述各点分别给予具体 的明确的定义。
●
失效率的等级
失效率等级名称 失效等级代号、 GB/T 1772-79 亚五级 五级 六级 七级 八级 九级 十级 Y W L Q B J S GB/T 1772-79 L M P R S 最大失效率 （1/h或1/10次） 3×10-3 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10
失效率的单位
●
通常可以采用每小时百分之一或千小时的百分之一来 作为产品失效率的单位，但对具有高可靠
●
要求的产品来说，就需要采用更小的单位来作为失效 率的基准。现在常采用菲特作基准单位。菲特这一单 位的数量概念是： 1菲特（FIT）=1× 10-9/小时=1/ ×10-6千小时
实际上，这就表示了10亿个元件小时内只允许有一个 产品失效，亦即在每千小时内，只允许有百万分之一 的失效概率。
MTBF A MTBF MTTR
2 插入语
可靠性的重要性
可靠性是什么?
可靠性是质量的时间指标
以可靠性为中心的质量观
一个电度表的故事
◆十年包换? ◆能否达到? ◆如何达到? ◆如何更好?
-用可靠性工程来回答
如何计算与回答
●可靠度? ●用户要求? ●产品翻修率? ●客户满意度? ● 6西格玛
电子系统可靠性设计-电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
国军标中规定的质量保证等级：
电子元器件的可靠性选用
2.1.3 元器件质量认证
电子系统可靠性设计
质量认证的内容： 1. 对元器件生产单位质量保证能力的评定； 2. 对生产的元器件，进行鉴定或考核， 如果合格，列入合格制造商目录，
或合格产品目录
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
电子系统可靠性设计-电 子元器件的可靠性选用
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
电子元器件的可靠性选用
电子系统可靠性设计
按照类型分类： 1)规范 产品规范： 包括元器件的总规范和详细规范 总规范，又称通用规范： 指对某一类元器件的质量控制规定的共性要求 详细规范： 对某类元器件的一个或一系列型号规定的具体性能
(4)优先选用能提供完善的工艺控制数据、可靠性应 用指南或使用规范的厂家产品
(5)在质量等级相当的前提下，优先选用集成度高的 器件，少选用分立器件
电子元器件的可靠性选用
元器件优选目录:
电子系统可靠性设计
元器件优选目录：根据不同类型电子设备的可靠性指标要求和使用 环境条件的要求，确定该设备所需的电子元器件的质量等级，拟制 该设备的元器件优选清单。
熟练等级 9) 可用性
供货商多于1个，长期、稳定、连续、批量供货，供
货周期满足设备制造计划进度，能保证元器件失效时的
及时更换要求等
10) 成本，元器件的价格
在满足所要求的性能、寿命和环境条件下，考虑采用
性价比高的元器件
电子系统可靠性设计-嵌入式系统软件的可靠性设计PPT课件【2024版】
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
2）控制要求或处理要求
嵌入式系统对实时性要求较高
工作顺序要求严格：发送数据的时间、接收数据的时间、 时序关系、CPU和外设的同步 3）可靠性问题
对软件的可靠性要求和出错处理的要求
确定出错处理方案，列出各种错误图像、显示错误的 方法 用户的需求：全面详细的了解，设计者的理解和用户的解 释必须完全一致，形成文档
5、性能错误
电子系统可靠性设计
指设计的软件性能和用户的需求相差太大，不能满足用 户的要求
例如：软件的响应时间、执行时间、控制系统的精度等
例如：
计算机的语音识别，尽管识别率满足要求，但是识别 时间不能太长，如果需要几分钟进行识别，无法应用
嵌入式系统发生故障时：
需要立即做出响应，自动保护和报警
如果响应时间过长：会发生严重的后果
依赖于设计者的思路、方法 在软件开发的每一步：都可能引入故障 每一个阶段都要采取质量控制手段
实现软件的可靠性要求 一、软件工程的开发模式 二、嵌入式系统的软件开发 三、软件可靠性管理
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
一、软件工程的开发模式 1、瀑布式开发模型 2、原型法开发模型 3、螺旋形开发模式 4、面向对象的软件开发模型
上个例子:
故障率λ=0.004
平均故障间隔时间MTBF =1/λ =250
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计 电子系统可靠性设计
嵌入式系统软件的可靠性设计
2、方案中有错误
电子系统可靠性设计
当用户需求充分了解后，进行软件的总体方案设计
《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
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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
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可靠性设计------ 3.系统可靠性设计技术流程
电子设计可靠性工程2-元器件选用
级或：军级：口语化表示，可能通过了军标认证或者某些考核，但Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0某种元件的失效概率分布饼状图23Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0摘自MIL-HDBK-338B （1998）《美军电子可靠性设计手册》，仅供参考2.2.1 综合考虑高可靠元器件的特征 制造商认证：生产厂商通过了权威部门的合格认证 生产线认证：产品只能在认证合格的专用生产线上生产Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 详细规范及符合的标准：国军标、国标、行标、企标 认证情况：QPL 、QML 、PPL 、IECQ 等质量等级与可靠性水平：失效率、寿命（MTTF ）、抗静电强度、抗辐照水平等可靠性试验数据：加速与现场，环境与寿命，近期及以往，所采用的试验方法与数据处理方法成品率数据：中测（裸片）、总测（封装后）等质量一致性数据：批次间，晶圆间，芯片间，平均值、方差、分布 工艺稳定性数据：统计工艺控制（SPC ）数据，批量生产情况 采用的工艺和材料：最好能提供关键工艺和材料的主要参数指标 使用手册与操作规范：典型应用电路、可靠性防护方法等2.2.1 综合考虑供货商应提供的可靠性信息Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Si>SOI>SiGe>GaAs>SiC（国内现有工艺）键合材料与引线机械强度的关系Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0工艺离散工艺偏差工艺参数随时间的离散和漂移在规定范围之内，工艺可控、可预测工艺参数随时间的离散和漂移超出规定范围，工艺不可控、不可预测Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0控制上限控制下限每批平均值的平均值选择对工艺变化敏感且对产品性能敏感的工艺参数为关键工艺参数，无需对所有工艺参数进行监控每批次关键工艺参数的变化图解化为工艺控制图（上图为IC 工艺中炉温随批次的变化）控制上限控制下限每批平均值的平均值炉温平均值随批次的变化炉温峰-峰值（最高值-最低值）的平均值随批次的变化Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0适用于插孔安装的半导体分立器件与集成电路的封装形式TO 金属封装TO 塑料封装SIP （单列直插）DIP （双列直插）ZIP PGA(针栅阵列）Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0SOT(小外形晶体管)SOP(小外形封装）CLCC(陶瓷有引脚片式载体）PLCC(塑料有引脚片式载体）QFP(四侧引脚扁平封装）BGA(球栅阵列）CSP （芯片尺寸封装）针对表面安装的半导体分立器件与集成电路的封装形式针对表面安装的无源元件电阻器陶瓷电容器电感器Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0寄生电感CSP>BGA>QFP>SMD>DIPCopyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0SMT 封装型号ESL(pH)SMT 封装类型电容器的串联电感与封装形式的关系表面安装（SMT ）插孔安装Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0优点：气密性好，散热能力强，具有电磁屏蔽能力，可靠性高Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0内引线塑料封装(环氧树脂)硅芯片压焊线(金或硅铝丝)芯片键合材料引线框架(合金)再流焊（亦称回流焊）是在PCB 上安装表面贴装元件的主要方法。
元器件可靠性培训 ppt课件
元器件可靠性 培训
由此可见，R（t）和F（t）互为对立事件。失效 分布函数F（t）与时间关系曲线如图1-4所示。
F(t)
1.0
0
t
元器件可靠 性培训
➢ 失效概率密度f（t）
失效概率密度——是累积失效概率对时间的变化率，记
作f（t）。它表示产品寿命落在包含t的单位时间内的
元器件可靠性培训
216 0g~316 0g
元器件可靠性培训
2.4寿命试验和加速寿命试验 ➢ 寿命试验的定义
评价分析产品寿命特征的试验。产品的失效率、平均寿 命等可靠性特征量反映了产品的寿命特征。 ➢ 寿命试验的作用
了解产品寿命分布的统计规律以作为可靠性分析的基础， 作为制定筛选条件和改进产品质量的依据。 ➢ 寿命试验的分类 按试验进行的时间分：长期寿命试验和加速寿命试验 按欲测定各阶段可靠性可分为：贮存寿命试验和工作寿 命试验 按进行试验的截尾方式可分为：非ห้องสมุดไป่ตู้尾试验和截尾试验， 截尾试验又分为定数截尾和定时截尾。
2.1电子元器件的失效规律
每个电子元器件的失效虽 然是个随机事件，是偶然 发生的，但是大量元器件 的失效却呈现出一定的规 律性。从产品的寿命特征 来分析，大量使用和试验 结果表明，电子元器件的 失效率曲线符合“浴盆曲 线”，可以划分为三段： 早期失效段、恒定（随机 或偶然）失效段、耗损失 效段。右图
元器件可靠性培训
失效率
元器件可靠性培训
➢ 早期失效段 早期失效段，也称早期故障阶段。早期失效出现在产 品寿命的较早时期，产品装配完成即进入早期失效期， 其特点是故障率较高，且随工作时间的增加迅速下降。 早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产 生，例如原材料缺陷引起绝缘不良，焊接缺陷引起虚 焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起 性能失效等。早期失效可通过加强原材料和元器件的 检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的 质量管理措施加以暴露和排除。
电力电子系统可靠性概述课件
10.3 电磁兼容性概述
长 期 以 来 ， 电 磁 兼 容 性 EMC （ Electromagnetic Compatibility）设计问题在一般工业部门并没有引起
足够的重视，在电力电子技术领域也不例外。不少设计 工程师曾误认为EMC问题主要是军事、通信及有关部门 的事情，而事实证明并非如此。
所以，EMI已经成为许多电气与电子设备能否在应 用现场正常可靠运行的主要障碍之一。
电力电子系统可靠性概述
10.3 电磁兼容性概述
有鉴于此，世界各国对电气设备的电磁兼容性EMC 均制定了相应的标准，其中最有名的是欧洲经济共同体 于1989年颁布的《欧共体成员国关于电磁兼容法律性 指令》。该指令明确规定，从1996年1月1日起，所有投 放欧洲市场的电气、电子产品均需按照指令的要求进行 电磁兼容认证。欧洲电磁兼容指令也同样适用于电力电 子装置或系统。
② 强电与弱电电路或部件之间以及不同装置之间的干 扰耦合常属于传导耦合和近场辐射耦合，加之电力电子 装置的体积通常较为庞大、干扰频率较低，采用一般常 用的屏蔽措施也存在诸多困难。
电力电子系统可靠性概述
10.3 电磁兼容性概述
在EMC测量方面，由于电力电子系统体积庞大、功率 容量高，无论进行EMI或EMS测量，都存在很多实际困难。 近年来，与EMC有关的电力电子技术领域本身的工作，例如 软开关技术、功率因数校正技术、谐波抑制技Байду номын сангаас等，已 经取得了新的进展和举世瞩目的成就。
为了描述一个元件、装置或系统的可靠程度，必须 引入数量化的指标——可靠性指标。
电力电子系统可靠性概述
第10章 电力电子系统可靠性概述
10.1 可靠性的基本概念 10.2 常用的可靠性指标 10.3 电磁兼容性概述
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
电子元器件选型与可靠性应用印刷稿ppt课件
3. 高压电阻： 安规认证； 1KV额定电压，电阻本体长度
≥10mm，4KV时本体长度≥25mm。
42
电容
1. 电容等效特性 2. 电容的指标 3. 电容结构、因结构不同引起的不同特性 4. 不同特性所适用的不同场合
43
电容谐振频率举例
钽电容是否降额到0.3？ 9. 电容器降额太大，易引起低电平失效；AC应用比DC直流应
用降额要大，随频率↑降额幅度↑。
10
1.2 器件应用热设计
热设计的目的
11
R=
热阻 ℃/ W
△T /
温差 ℃
Q
热耗 W
12
风量（风速）：1CFM=0.0283m3/min 热功率密度： 热流密度：
13
冷却方式选择的依据
降额总结
1. 确定降额等级？ 2. 相同参数、不同工艺的同类型器件降额系数的区别； 3. 多路与单路应用下降额幅度的差别； 4. 可调器件与定值器件的降额区别； 5. 负载类型不同对降额系数的影响； 6. 降额计算依据的参数为（稳态数值+干扰数值）/ 降额系数； 7. 部分器件在特定应用场合不允许降额（继电器、光耦等）； 8. 钽电容降额系数是否<0.5？低阻应用场合（电源输入端），
49
• 聚丙烯电容器： 1. 优点：高频绝缘性能好，电容量和损耗对频率变化不敏感，
温度变化小，介电强度随温度↑而↑，耐温性好，吸收系数小， 机械性能也比聚苯乙烯好。 2. 适宜场合：电视机、仪器仪表的高频电路中作积分电容，或 其它交流电路。
• 叠片形金属化聚碳酸酯电容器： 1. 无感式结构，高频损耗小、自愈能力强、耐脉冲性、无感、
电子系统可靠性设计PPT演示课件
C2 封装的产品
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8
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
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
降额等级
Ι级降额：最大适用于故障危及安全、导致任务失败和造成重大 经济损失的情况；
Π级降额：适用于故障使任务降级和增加不合理的维修费用； Ш级降额：适用于故障对任务完成影响很小和少量的维修。
安装的机械损伤
储存与保管的问题
存储环境
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电子系统可靠性设计基本原则
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产品结构和电路应尽量简便。 尽量选用成熟的结构和典型的电路。 结构要简单化、模块化、插件化。 如采用新电路，应注意标准化。 采用新技术要充分注意继承性。 尽量采用数字电路。 尽量采用集成电路。 逻辑电路要进行简化设计。 对性能指标、可靠性指标要综合考虑。 应尽量采用传统工艺和习惯的操作方法。 应不断采用新的可靠性设计技术。
设计人员注重元器件的功能与性能，不关心其“质量 等级”、“失效率等级”；
元器件的采购缺乏产品可靠性概念，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：