电子设备可靠性分析1

电子设备可靠性分析

摘要：

电子设备可靠性直接影响着电子设备的质量。因此,加强电子设备可靠性是设计、生产、使用电子设备的最基本保障。当今电子产品的质量与可靠性已经成为热门普遍关注的焦点，不仅在国防、航天、航空等尖端技术领域备受青睐，在工业、民用家电等领域也同样为人们所重视。这足以说明注重电子产品的质量与可靠性已深入人心，其身份地位已经可以和电子产品的功能与成本相提并论。但是，怎样才能保证电子产品的质量也可靠性？本文从电子设备可靠性的历史发展、发展前景等方面介绍。

引言：

电子设备可靠性工程是研究电子产品可靠性的评价、预测、分析和提高可靠性的技术。电子产品包括电子元件、器件、设备和系统，1970年以后又包括了软件系统。可靠性工程应用概率论和数理统计方法研究产品故障时间分布、分布类型和分布参数，从而提出一系列评价产品可靠性特征的指标、计算和试验方法，解决产品在研制、设计、制造、试验和使用各阶段可靠性保证的工程应用问题。可靠性分析和预测是研究设备、系统可靠度和有效度的分析、预测理论和方法，以及应力条件等各种因素对产品可靠性的影响，对于电子元件、器件，是应用失效物理学对影响产品失效的物理、化学过程进行定性定量分析，确定这些过程与应力和时间等各种因素的依赖关系，并鉴定证实其失效模式和失效机理，为改进和提高产品可靠性提供依据。可靠性反映产品质量的综合性指标，是产品从出厂开始到工作寿命终结全过程的一种特性。它具有综合性、时间性和统计性的特点，有广义和狭义两种解释。广义可靠性是产品在其整个使用寿命周期内完成规定功能的能力，包括狭义可靠性和维修性；狭义可靠性是产品在某一规定时间内发生失效的难易程度。广义和狭义可靠性都是从使用角度提出的定性概念，并早已应用于工程实践。在实际需要和可靠性技术发展的条件下，50年代后期，以可靠性特征量表示产品可靠性高低的各种定量指标和方法开始应用于电子工程实践，制定出一系列可靠性标准，作为产品可靠性评价、考核的准则。可靠性特征量及其方法已为电子产品的研制、生产和使用等部门所采用。

正文：

一、电子设备可靠性的发展。

十多年来，我国电子产品的质量与可靠性也有长足的进展。不管是国防军事电子装备、航天器、通信机，还是计算机和家电设备，在质量与可靠性方面都有了大幅度的提高。但是，也应该清楚地看到，我国电子产品的质量与可靠性水平与世界上发达工业国家相比，还存在着很大地差距。在很多方面，仍没有摆脱传统的观念和管理模式；在很多地方，可靠性工作仍处于较落后的状态。由于从事高、精、尖电子整机系统的科技工作者与从事先进电子元器件设计和制造的科学工作者还缺乏沟通，互不了解，从而造成电子产品质量与可靠性水平低下的实例颇多。正因如此，可挖掘的潜力应该是很大的。

产品都质量与可靠性问题很早就已为人们所关注，但是作为一门学科，专业进行这一领域的研究还是近50年开展起来的。早在热、二次世界大战期间，许多机械电子产品常常在战争的使用过程中出现故障，致使丧失了使用能力，如美国空军由于飞行故障而损失的飞机达两万架，是在战争中被击落的飞机的1.5倍。于是，为解决军用电子设备和复杂导弹系统的可靠性问题，美国军方及工业界有组织地开展了可靠性研究。在这期间，具有影响的是1952年美国国防部成立了一个由军方、工业部门和学术界组成的电子设备可靠性咨询组（AGREE）。1955年A-GREE开始实施一个从设计、试验、生产到交付、储存、使用的全面的可靠性发展计划，并于1957年发表了《军用电子设备可靠性》的研究报告。该报告从9个方面阐述了可靠性设计、试验及管理的程序及方法，确定了美国可靠性工程发展的方向，成为可靠性发展的奠基性文件，标志着可靠性已成为一门独立的学科，是可靠性工程发展的重

要里程碑。

20世纪60年代是可靠性工程全面发展的阶段，也是美国武器系统研制全面贯彻可靠性大纲的年代。在这10年中，美国先后开发出F-111A、F-15A战斗机、MI坦克、“民兵”导弹、“水星”和“阿波罗”宇宙飞船等装备。这些新一代装备对可靠性提出了更加严格的要求，因此1957年AGREE报告提出的一整套可靠性设计、试验及管理方法被国防部及国家航空航天局（NASA）接受，在新研制的装备中得到广泛应用并迅速发展，形成了一套较完善的可靠性设计、试验和管理标准，如MIL-HDBK-217、MIL-STD-781和MIL-STD-785。在这些新一代装备的研制中，都不同程度地制订了较完善的可靠性大纲，规定了定量的可靠性要求，进行可靠性分配及预计，开展故障模式及影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA），采用余度设计，开展可靠性鉴定试验，验收试验和老练试验，进行可靠性评审等，使这些装备的可靠性有了大幅度提高。例如，50年代的“先驱者号”卫星发射11次只有3次成功，而60年代发展的阿波罗登月船，除阿波罗13以外，每次发射都成功着陆在月球上并安全返回。在这10年中，美、法、日及前苏联等工业发达国家也相继开展了可靠性研究。

20世纪70年代是可靠性发展步入成熟的阶段。在这10年中，尽管美国及整个资本主义世界遇到经济困难，军费紧缩，但是可靠性作为降低武器系统寿命周期费用的一种有效工具得到进一步发展。这一阶段的主要特点是建立集中统一的可靠性管理机构，负责组织、协调国防部范围的可靠性政策、标准、手册和重大研究课题；成立全国性的数据交换网，加强政府机构与工业部门之间的技术信息交流；制定了一套较完善的可靠性设计，试验及管理的方法及程序。为解决复杂武器系统投入外场使用后出现的战备完好性低和使用保障费用高的问题，从型号项目论证开始就强调可靠性设计，通过加强元器件控制，采用更严格的降额及热设计，强调环境应力筛选，可靠性增长试验和综合环境应力的可靠性试验，推行可靠性奖罚合同等一系列措施来提高武器装备的可靠性。

20世纪80年代以来，可靠性工程向着更深、更广的方向发展。在发展策略上，把可靠性和维修性作为提高武器装备战斗力的重要工具，使可靠性置于与武器装备性能、费用和进度同等重要的地位；在管理上，加强集中统一管理，强调可靠性及维修性管理应当制度化，为此美国国防部于1980年首次颁发可靠性及维修性指令5000.40《可靠性及维修性》；在技术上，深入开展软件可靠性、机械可靠性以及光电器件可靠性和微电子器件可靠性等的研究，全面推广计算机辅助设计（CAD）技术在可靠性领域的应用，积极采用模块化、综合化、容错设计、光导纤维和超高速集成电路等新技术来全面提高现代武器系统的可靠性。

我国的可靠性工作起始于20世纪50年代末期，起步并不晚。1959年建成亚热带亚热带研究所，但是有三四年的时间就夭折了。由于众所周知的原因，在60年代可靠性工程在我国还是一片空白。70年代我国的可靠性工作是从引进国外标准资料开始的，1976年颁布了第一个可靠性标准SJ1044—76《可靠性名词术语》，1979年颁布第一个国家标准GB1977—79《电子元器件失效率试验方法》，可靠性工程应用于电子、航天、电力、机械、仪表等部门取得不同程度的进展。80年代，我国的各种可靠性机构学术团体想雨后春笋，迅速发展。

随着中国的改革开放和经济发展，在20世纪70年代后期，从解决国家重点工程元器件的可靠性问题开始，在军工和民用产品的可靠性研究有了飞速的提高。特别是我国加入WTO 之后，经济要与国际接轨，企业产品参与国际市场的竞争，进入国际经济的大循环圈，这是经济发展的必然趋势。用户不仅要求产品性能好，更重要的是要其产品可靠性水平高，这是产品占领市场的关键。美国人曾预言：今后只有那些具有高可靠性指标的产品及企业，才能在日益剧烈的国际贸易竞争中幸存下来。

二、电子元器件的失效。

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