電子設(shè)備的可靠性研究

趙宗哲

摘要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備已與我們的生活密不可分。而電子設(shè)備的質(zhì)量好壞在一定程度上也直接影響著我們的生活水平質(zhì)量。電子設(shè)備的可靠性是電子產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，可靠性的提升是電子設(shè)備更穩(wěn)定運(yùn)行的保障。本文對(duì)電子設(shè)備可靠性進(jìn)行研究，以指導(dǎo)電子設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】可靠性 可靠度 平均工作時(shí)間 平均無(wú)故障時(shí)間

隨著科技進(jìn)步，對(duì)電子產(chǎn)品也提出了更高的要求，可靠性是衡量電子設(shè)備質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從元器件的角度出發(fā)，其可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)的可靠程度。而整機(jī)的可靠性程度高低又代表產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，同時(shí)也反映出設(shè)計(jì)師得水平。可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理之中，如何提高產(chǎn)品可靠性，使其發(fā)揮最佳性能，是一個(gè)電子產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也是用戶的最佳使用體檢。因此，電子設(shè)備的可靠性提升是一個(gè)極其重要且具備極大挑戰(zhàn)的工作，對(duì)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步起到了至關(guān)重要的意義。

1 可靠性定義

GJB450中對(duì)可靠性的定義是：系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)備或零部件，在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

可靠度在軍用標(biāo)準(zhǔn)中也有相關(guān)釋義，即：在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率，它是可靠性水平高低的～個(gè)重要指標(biāo)。

2 可靠性指標(biāo)

可靠性是一個(gè)非常重要的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，它定性描述顯然是不夠充分的，必須要進(jìn)行量化處理，這樣才能精準(zhǔn)地描述和比較?？煽啃缘牧炕枋鲇袃蓚€(gè)非常重要的指標(biāo)是：平均工作時(shí)間（ MTTF）和平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）。

平均工作時(shí)間是指產(chǎn)品在最終失效，或無(wú)必要修復(fù)時(shí)的前面的工作時(shí)間或次數(shù)，其中包括由于有故障而修復(fù)后繼續(xù)使用的時(shí)間或次數(shù)。

平均無(wú)故障時(shí)間是指產(chǎn)品從使用開(kāi)始直到出現(xiàn)故障前得連續(xù)工作時(shí)間或次數(shù)，不包含排除故障后使用的時(shí)間或次數(shù)。

一般來(lái)說(shuō)，電子元器件的平均壽命越長(zhǎng)，其產(chǎn)品可靠性越高。但是，可靠性與壽命有關(guān)系卻又不是同一個(gè)概念，不能認(rèn)為可靠性高，壽命就長(zhǎng)，或壽命長(zhǎng)其可靠性就肯定高，這都與使用要求有關(guān)系。

故障率也可以反映可靠性的高低，現(xiàn)實(shí)工作中，電子設(shè)備的故障率是可以計(jì)算獲得的。電子元器件的壽命服從指數(shù)分布的規(guī)律，設(shè)備故障率就是通過(guò)對(duì)內(nèi)含所有元器件的壽命及失效機(jī)理分析計(jì)算而來(lái)，即設(shè)備總故障率：

入_p是元器件工作故障率；入_b是元器件基本故障率；π_e是環(huán)境系數(shù)；π_q是質(zhì)量系數(shù)；π_r是電流額定值系數(shù)；π_a是應(yīng)用系數(shù)；π_s是電壓應(yīng)力系數(shù)；π_c是配置系數(shù)；入P_i是第i中元器件的工作故障率；N_i是第i種元器件數(shù)量；n為所用元器件的種類數(shù)目；入_s為系統(tǒng)總故障率。

3 影響可靠性的因素

3.1 環(huán)境因素

電子元器件在工作中受環(huán)境因素影響較大，如：溫度、濕度、鹽霧、霉菌、氣壓、海拔高度、大氣污染顆粒等都會(huì)對(duì)電子元器件的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，使其電氣性能下降，甚至損傷元器件，造成故障的發(fā)生。

3.2 機(jī)械性能結(jié)構(gòu)

電子產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要滿足使用工況的要求，強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)或沖擊，會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械結(jié)構(gòu)的損傷變形，甚至導(dǎo)致電子元器件的物理?yè)p傷或失效，致使電子產(chǎn)品無(wú)法正常運(yùn)行工作。

3.3 電磁環(huán)境

環(huán)境中的電磁波無(wú)處不在，使電子產(chǎn)品在運(yùn)行中無(wú)時(shí)無(wú)刻不與空間中的電磁干擾信號(hào)進(jìn)行接觸。在電磁信號(hào)的干擾影響下，電子電路噪聲變大，穩(wěn)定性變差，干擾嚴(yán)重的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行故障，甚至安全性也將會(huì)受到威脅。

3.4 組裝工藝

電子產(chǎn)品在生產(chǎn)中組裝工藝的不同，使電子元器件的牢固程度、受干擾程度、受環(huán)境影響的耐腐蝕程度均有不同的表現(xiàn)，造成的結(jié)果是電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性也是參差不齊。因此，選擇合理規(guī)范的組裝工藝是保證產(chǎn)品生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量和可靠度提升的重要保障。

4 提高可靠性的具體措施

（1）確定電子產(chǎn)品的使用工況，確定研發(fā)方案、戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)、組裝工藝及防護(hù)等級(jí)等信息。

（2）降額設(shè)計(jì)。將電子元器件的工作應(yīng)力適度降低，低于規(guī)定的額定值，從而降低元器件的基本故障率。電子元器件對(duì)電應(yīng)力和溫度應(yīng)力較為敏感，降額設(shè)計(jì)是降低基本故障率的常用手段，在最佳降額范圍內(nèi)，采?、窦?jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)降額等級(jí)，可實(shí)現(xiàn)可靠性提高和成本控制的最優(yōu)方案。

（3）散熱設(shè)計(jì)。首先，在硬件設(shè)計(jì)上盡可能地提高電能利用率，將發(fā)熱量控制在盡可能小的程度，減少熱阻，降低元器件失效率。采用模塊化布局，將功耗件、發(fā)熱源進(jìn)行最優(yōu)化布局，設(shè)計(jì)合理的散熱通道，將熱能競(jìng)可能地快速排出到外部空間，降低元器件基本故障率，提升設(shè)備整體的可靠性。

（4）電磁兼容性設(shè)計(jì)。采用屏蔽手段將干擾限制在可接受的范圍內(nèi)，并限制自身的電磁信號(hào)向外部空間輻射，而影響其他設(shè)備。根據(jù)使用環(huán)境中的干擾源性質(zhì)、強(qiáng)度、頻率等，確定合理的屏蔽手段和屏蔽體，解決電子元器件由于受到電磁干擾而引起的失效或故障率，從而提升整機(jī)運(yùn)行的可靠性。

（5）采用成熟度更高的元器件及組裝工藝，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)間，尤其是在易損易耗件的選擇上優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)件。

（6）進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具備多種手段來(lái)實(shí)現(xiàn)同一種功能，尤其在關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)采用此設(shè)計(jì)。如：并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)一個(gè)功能模塊失效時(shí)，并聯(lián)支路的其它功能模塊一樣可以保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以此來(lái)提高系統(tǒng)的工作可靠性。

（7）薄弱環(huán)節(jié)要提高最低可靠度元器件的可靠度，以增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)或模塊的可靠度。

（8）增設(shè)全方位的保護(hù)功能，如過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等保護(hù)措施，提升產(chǎn)品運(yùn)行可靠性。

（9）進(jìn)行防振、防沖擊的設(shè)計(jì)，以及在包裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中的安全防護(hù)，提升產(chǎn)品可靠性。

5 綜述

電子設(shè)備可靠性的提高是多方面、多方位的系統(tǒng)性工作，在選擇和控制元器件的品質(zhì)、合理軟硬件電路設(shè)計(jì)、規(guī)范的組裝工藝等方面要嚴(yán)格要求和把關(guān)。做好電子元器件的品控把關(guān)、合理設(shè)計(jì)、嚴(yán)格要求是提高電子產(chǎn)品可靠性的重要手段，提高產(chǎn)品的可靠性也就是提高了產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力?？萍歼M(jìn)步的體現(xiàn)就是產(chǎn)品質(zhì)量的升級(jí)及可靠性能的增強(qiáng)。

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