我所认知的电子设备可靠性工程

我所认知的电子设备可靠性工程

04091102班04091061 石坚

摘要：说到到可靠性工程，由于这学期在学校开了个鸡排店，用到了油炸的机器，接触到了有关可靠性设计的部分。所以选了电子设备可靠性工程这门选修课，以便进一步了解机器的可靠性设计，尤其是和我们专业有关的电子设备的可靠性。可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。任何产品不论是机械、电子，还是机电一体化产品都有一定的可靠性，产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。通过自己的亲身经历，觉得可靠性是个很重要的参数，而随着社会的进步和科学技术的发展，人们对电子设备、电子器件的可靠性更是要求越来越高。本文就电子元器件的可靠性，包括电子元器件在不同条件下的不同特征，元件失效的规律，发生故障的概率等做了简单的论述。

引言：可靠性的定义是系统或元器件在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性技术基于两个重要的理论基础：失效物理和概率统计，同时，它产生了两个重要的应用领域，即系统可靠性和元器件可靠性。在元器件可靠性领域又进一步可分为元器件固有可靠性和使用可靠性。前者主要研究元器件的设计和制造过程中的可靠性，后者侧重研究在电子系统研制过程中如何选好、买好、用好和管好元器件，防止、控制引入过应力而损坏可靠元器件和接收、使用可靠性不能满足要求得元器件。根据电子行业界分析，60%以上的生产故障是由于元器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的。国内外地有关资料表明：在电子元器件的失效中，由于选择或使用不当等人为因素导致失效的比列高达失效数的50%以上。

．提高电子产品的可靠性意义重大

提高产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其是避免灾难性的事故发生，从而保证人民生命财产安全。1986年1月28日，美国航天飞机“挑战者”号由于1个密封圈失效，起飞76s 后爆炸，其中7 名宇航员丧生，造成12亿美元的经

济损失；1992年，我国发射“澳星”时，由于一个小小零件的故障，使“澳星”发射失败，造成了巨大的经济损失和政治影响。

2）提高产品的可靠性，能使产品总的费用降低。要提高产品的可靠性，首

先要增加费用，以选用较好的元部件，研制包括部分冗余功能部件的容错结构以及进行可靠性设计、分析、实验，这些都需要经费。

3）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可

以顶几台设备的工作效率。

4）对于企业来讲，提高产品的可靠性，可以改善企业信誉，增强竞争力，

扩大产品销路，从而提高经济效益。

二．电子设备可靠性设计准则

①尽量选用成熟的结构和典型的电路。

②结构要简单化、积木化、插件化。

③如采用新电路，应注意标准化。

④采用新技术要充分注意继承性。

⑤尽量采用数字电路。

⑥尽量采用集成电路。

⑦逻辑电路要进行简化设计。

⑧对性能指标、可靠性指标要综合考虑。

⑨应尽量采用传统工艺和习惯的操作方法。

⑩应不断采用新的可靠性设计技术。

在电子产品中，常采用的可靠性设计技术包括元器件的降额设计、冗余化设计、热设计、电磁兼容设计、维修性设计、漂移设计、容错设计与故障弱化设计等，有些还包括软件的可靠性设计。

以降额设计为例，所谓降额设计，就是使元器件运用于比额定值低的应力状态的一种设计技术。为了提高元器件的使用可靠性以及延长产品的寿命，必须有意识地降低施加在器件上的工作应力（如：电、热、机械应力等），降额的条件及降额的量值必须综合确定，以保证电路既能可靠地工作，又能保持其所需的性能。降额的措施也随元器件类型的不同而有不同的规定，如电阻降额是降低其使用功率与额定功率之比；电容降额是使工作电压低于额定电压；半导体分立器件降额是使功耗低于额定值；接触元件则必须降低张力、扭力、温度和降低其它与特殊应用有关的限制。

电子元器件的降额，通常有一个最佳的降额范围，在这个范围内，元器件的工作应力的变化对其失效率有显著的影响，设计也易于实施，而且不需要设备在重量、体积、成本方面付出太大的代价。因此，应根据元器件的具体应用情况来确定适当的降额水平。因为若降额不够则元器件的失效率会比较大，不能达到可靠性要求；反之，降额过度，将使设备的设计发生困难，并将在设备的重量、体积、成本方面付出较大的代价，还可能使元器件数量产生不必要的增加，这样反而会使设备可靠性下降。

降额的等级分为三个等级，分别称为I级降额、n级降额和m级降额。

I级降额是最大降额，超过它的更大降额，元器件的可靠性增长有限，而且使

设计难以实现。I级降额适用于下述情况：设备的失效将严重危害人员的生命安全，可能造成重大的经济损失，导致工作任务的失败，失败后无法维修或维修在经济上不合算等。

n级降额指元器件在该范围内降额时，设备的可靠性增长是急剧的，且设备设

计较I级降额易于实现。n级降额适用于设备的失效会使工作水平降级或需支付不合理的维修费用等场合。

m级降额指元器件在该范围内降额时设备的可靠性增长效益最大，且在设备设

计上实现困难最小，它适用于设备的失效对工作任务的完成影响小、不危及工作任务的完成或可迅速修复的情况。

其他设计方法技术各有优缺点，本文只略述我所认知的可靠性设计，其他想尽方法在本文中不在一一赘述。

如何加强可靠性的设计

1.加强设计师的责任随着元器件固有可靠性的提高和新型元器件的不断采用，使用可靠性问题日益突出—对设计师的要求也越来越高，责任越来越重。

1）必须了解元器件。设计师应对选用的元器件特性、结构、质量等级、常见

的失效模式、能承受的各种极限应力、使用中应注意的问题和必须的防护措施都应清楚地了解。

2必须了解使用环境。对应用情况应了如指掌，诸如元器件在使用中可能遇到的机电、热和辐射环境，环境应力水平，环境应力在设备中的传递关系，持续时

间，各种因素对元器件可靠性的影响等。

3必须了解元器件与系统的关系。在了解对系统提出的可靠性要求时，应通过功能分析、失效模式分析，深刻揭示元器件在系统中的地位、作用和失效后果。

4必须了解有关元器件的标准规范。如元器件总规范、产品详细规范、测试筛选方法、应用指南、降额准则、防护措施等。

5必须了解元器件寿命周期费用。

2.在选好、用好上下功夫

1在方案论证阶段，就把元器件的选择作为一个重要问题进行分析论证，确定好系列、品种、质量等级和供应单位，并经评审确认。

2在初步设计阶段厂要进行应力二强度分拆和失效模式分析，并进行严格评审。

3在工程研制阶段，要进行瞬态分析、容差分析和微环境分析，并进行线路仿真，以确定极限状态。

3.不断提高元器件可靠性保证水平。要制定一整套元器件要求，包括制定选用

目录、超目录审批程序、采购规范、验收和补充筛选方法、设计选用评审办法、失效元器件分析，以及数据系统的建立要求等。