電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計知識

電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計知識〔一〕主要名詞術(shù)語可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的才干。失效：產(chǎn)品喪失規(guī)定功能。對可修復產(chǎn)品，通常稱缺點?？煽啃蕴卣髁浚河脕肀硎究煽啃愿叩偷母鞣N數(shù)量目的。平均壽命：對不可修復產(chǎn)品，是指其失效前的平均任務(wù)時間；對可修復產(chǎn)品，是指其相鄰兩缺點間的任務(wù)時間，也稱平均無缺點任務(wù)時間〔MTBF〕。失效率：任務(wù)到某時辰尚未失效的產(chǎn)品，在該時辰后單位時間內(nèi)失效的概率，記λ〔t〕。其根本單位為菲特〔1菲特=10-9/小時〕。普通電子產(chǎn)品的失效分布均符合指數(shù)分布，其λ〔t〕為一浴盆曲線。λ〔t〕的浴盆曲線。λ〔t〕早期失效偶爾失效耗損失效0t浴盆曲線闡明產(chǎn)品失效分為三個階段早期失效：由于設(shè)計不完善、制造過程的缺陷、管理不善、檢驗忽略等呵斥的失效。其λ〔t〕隨任務(wù)時間的添加而快速下降。偶爾失效：產(chǎn)品由于應(yīng)力條件不可預(yù)測的偶爾變化呵斥的失效。其λ〔t〕＝λ為一恒定值。耗損失效：產(chǎn)品由于老化、磨損、損耗、疲勞等緣由而發(fā)生的失效。產(chǎn)品的正常運用應(yīng)處于偶爾失效期?？煽啃詼y定實驗：為確定產(chǎn)品的可靠性特征量的數(shù)值而進展的實驗?？煽啃则炞C實驗：為確定產(chǎn)品的可靠性特征量能否到達所要求的數(shù)值而進展的實驗。加速實驗：為縮短實驗時間，在不改動失效機理的條件下，用加大應(yīng)力的方法進展的實驗?！捕晨煽啃栽O(shè)計意義：可靠性設(shè)計奠定產(chǎn)品可靠性的根底，制造保證產(chǎn)品的可靠性，運用堅持產(chǎn)品的可靠性。但制造和運用中許多問題也是設(shè)計的內(nèi)容。要求：可靠性、穩(wěn)定性、平安性、操作性、維修性和經(jīng)濟型。原那么：1〕盡量采用經(jīng)過驗證確實能提高可靠性的新技術(shù)、新構(gòu)造、新器件和新工藝。2〕盡量簡化電路和機械構(gòu)造。3〕盡量減少元器件、連線、接點及接插件數(shù)量。4〕盡量采用可靠性高的規(guī)范電路和構(gòu)造件。

可靠性計算方法：普通電子產(chǎn)品的可靠性模型為串聯(lián)模型，且普通電子元器件和整機的失效為指數(shù)分布?？捎谩笆Т鷶?shù)和法〞計算，即系統(tǒng)失效率為各單元電路元器件、構(gòu)造件、裝配及調(diào)整等的失效率總和：λs＝ΣNiλi其中λi為系統(tǒng)中第i種的失效率〔i=1，2，…，n〕，Ni為該種的單機用量。那么系統(tǒng)可靠性可計算為：MTBFs＝1/(1+α)Dkλs其中α為補償系數(shù)〔普通取0.1〕，D為鑒別比〔民用品普通取3〕，k為環(huán)境因子〔實驗室取0.5~1、室內(nèi)家用電器1~10、野外地面固定設(shè)備3~8、船舶10~18、地面挪動設(shè)備13~30、飛機50~80〕。市場調(diào)查總體設(shè)計可靠性估計及分配元器件選擇及降額熱設(shè)計漂移設(shè)計抗干擾及暫態(tài)保護設(shè)計環(huán)境試驗工藝設(shè)計安全設(shè)計人機系統(tǒng)設(shè)計可靠性設(shè)計審查及價值分析鑒定試驗試消費和試銷售可靠性設(shè)計程序結(jié)構(gòu)設(shè)計一．可靠性估計：從各子系統(tǒng)、部件、元器件的現(xiàn)實可靠性目的來綜合估計出系統(tǒng)能夠到達的可靠性程度。1．目的：1〕發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。2〕進展各設(shè)計方案的比較。3〕作為可靠性分配的根據(jù)。2．根據(jù)：1〕元器件的現(xiàn)場失效率λ：經(jīng)過整機高溫負荷老化、高溫、負荷可靠性實驗、月早期返修及年累計返修統(tǒng)計數(shù)據(jù)等求得：λ＝r/mnt〔其中r為該元器件的失效數(shù)、m為搜集的整機臺數(shù)、n為某元器件的單機用量、t為平均任務(wù)時間〕2〕根本失效率λ0：指正常壽命期間的失效率或在實驗室額定條件下實驗得到的失效率。通常元器件的λ0為常數(shù)〔半導體器件的λ0隨時間增長而緩慢下降〕。二?？煽啃苑峙洌寒斂煽啃怨烙嬛颠_不到要求的可靠性目的時，需進展可靠性分配，即將系統(tǒng)的目的可靠性目的合理分配到系統(tǒng)的各組成單元及各元器件。1〕

由可靠性估計得出估計的失效率λ估計。2〕

由整機規(guī)定的可靠性目的計算出整機允許的總失效率λ允許。3〕

求出失效率差值λ差＝λ估計－λ允許。并根據(jù)各電路單元失效率的比例、重要性及實現(xiàn)的能夠性將失效率差值分配到各電路單元和元器件。4〕將各電路單元失效率的估計值減去分配的差值求得各電路單元失效率的分配值。例：某產(chǎn)品中電源單元可靠性估計與分配表元器件預(yù)計值分配值名稱數(shù)量λ(10-5/h)nλ(10-5/h)λ(10-5/h)nλ(10-5/h)整流二極管40.5802.3200.0600.240穩(wěn)壓二極管10.1400.1400.0200.020大功率三極管10.7500.7500.1200.120中功率三極管10.6700.6700.1000.100小功率三極管10.5200.5200.0500.050電源變壓器10.0900.0900.0500.050保險絲20.1000.2000.0200.040電解電容器50.0500.2500.0050.025電容器40.0150.0600.0020.008電阻70.0100.0700.0020.014可調(diào)電阻10.2700.2700.0500.050電源開關(guān)10.2700.2700.0050.005接插件10.0240.0240.0050.005合計5.6340.677三。元器件：1．按“可靠性第一，性能第二〞來簡化系統(tǒng)及電路，減少元器件數(shù)量。2．合理選擇運用元器件：1〕按加于元器件的電應(yīng)力〔電壓、電流、功率、頻率、脈寬等〕性質(zhì)與大小來選用。2〕按環(huán)境應(yīng)力〔溫度、濕度等〕來選用。3〕按電磁兼容性要求選擇元器件。從限制干擾電平和減少干擾耦合兩方面來思索。4〕集成化設(shè)計。優(yōu)先采用IC。5〕降額運用〔減額設(shè)計〕。降額比S＝運用電應(yīng)力/額定電應(yīng)力6〕降溫運用。3．緊縮元器件的種類和規(guī)格。

四．熱設(shè)計：1。防熱措施。元器件的選用及安裝陳列好壞是關(guān)鍵。2。散熱措施。加強外殼的散熱，采用導熱系數(shù)較高的資料、減薄壁厚。合理設(shè)計外殼的通風構(gòu)造，加強對流，進、出風口原那么上應(yīng)開在溫升最大處，留意防止二者間有氣流妨礙或氣流短路構(gòu)造。合理規(guī)劃，用散熱器等加強發(fā)熱件的輻射散熱。采用強迫風冷、水冷等措施。五．漂移設(shè)計：1。

電路漂移設(shè)計任務(wù)形狀設(shè)計：合理選擇任務(wù)點。溫度補償設(shè)計：任務(wù)點的溫度補償、參數(shù)補償?shù)?。環(huán)境控制設(shè)計：采取恒溫、密封、特殊冷卻等。正確選用元器件：要思索實踐運用最惡劣的條件。對元器件進展特性值穩(wěn)定，如高溫功率老練挑選等。2。機械漂移設(shè)計機械零件的壽命特點是因磨損和振動疲勞而損壞。傳動部件強度和剛度的漂移設(shè)計：使其在惡劣環(huán)境下與其他電子部件同時進入“浴盆曲線〞的正常磨損期。摩擦部位及機械關(guān)節(jié)處進展密封設(shè)計。合理選擇耐磨和抗振動疲勞的資料，正確運用新型光滑資料。采用抗磨損的特殊工藝等。3。設(shè)備正確儲存與環(huán)境防護設(shè)計六．抗干擾設(shè)計及暫態(tài)維護設(shè)計：1．抗干擾設(shè)計〔也稱電磁兼容設(shè)計〕使電子設(shè)備既不受機外電磁干擾影響，也不受機內(nèi)各單元電路及元器件間產(chǎn)生的各種電磁干擾影響。主要方法有：電磁屏蔽措施〔低頻電場和高頻電磁場均采用良導體屏蔽，低頻磁場需求用順磁資料屏蔽，盡能夠密封〕、采用干擾抑制電路、模擬信號采用數(shù)字化處置、合理規(guī)劃走線〔特別是電源供電和接地〕、加強電源濾波退耦、改良機械構(gòu)造抑制機震等。使電子設(shè)備不產(chǎn)生電磁干擾影響其他電子設(shè)備正常任務(wù)〔也稱電磁污染〕。主要方法有：電磁屏蔽措施、合理規(guī)劃走線、采用干擾抑制電路、采用進線濾波器隔離電源單元與電網(wǎng)。2．暫態(tài)維護設(shè)計雷電、高壓打火、開關(guān)機瞬間浪涌、任務(wù)在開關(guān)形狀的電抗性負載等將產(chǎn)生比正常任務(wù)條件大幾倍甚至幾十倍的峰值電壓和電流。使元器件特別是半導體器件產(chǎn)生過電壓擊穿、瞬時功率擊穿而失效。對任務(wù)在暫態(tài)的元器件合理選用電壓、電流余量更大和開關(guān)特性更好的元器件。采用屏蔽、隔離、設(shè)置泄放通路、限流、限壓、阻尼等措施減輕峰值電壓和電流。對高頻、高阻等易損壞半導體器件設(shè)置維護電路。

3。單片機系統(tǒng)可靠性設(shè)計影響其可靠性的要素主要就是干擾。選擇本身抗干擾才干強的單片機。留意其Ｉ／Ｏ口構(gòu)造

、系統(tǒng)時鐘、電源腳陳列、時鐘監(jiān)視，低電壓復位等要素。硬件措施接地：一點接地和多點接地、數(shù)字地和模擬地分開、交流地與信號地不共用、系統(tǒng)浮地，機殼接地等。采用屏蔽技術(shù)、隔離器件、加強電源濾波。軟件系統(tǒng)

采用開機自檢程序、軟件圈套、“跑飛〞處置程序、輸出端周期性刷新、輸入反復采樣、加平均等方法消除干擾的影響。七．工藝設(shè)計：1。將產(chǎn)品設(shè)計得便于裝配、調(diào)試、檢驗、包裝運輸?shù)取舶檫@些過程設(shè)計有效的工藝手段和安裝，制造過程中各零、部、整件的簡易包裝和盛器〕。2。精心安排工藝流程并嚴厲執(zhí)行各工序的工藝操作方法。各工序任務(wù)量應(yīng)接近，無快速工序以免粗制濫造。根據(jù)詳細情況仔細分析、合理安排工序陳列的次序。關(guān)鍵工序要加強控制，并適當提高操作人員技術(shù)程度的要求。安排足夠的調(diào)試工位，盡量采用公用任務(wù)臺、公用儀表、集中信號源等以減少特性離散度。在裝配工序和調(diào)試工序中應(yīng)安排修繕工位，其人員的技藝程度應(yīng)較全面并具有一定工藝分析才干。注重中間檢驗工位的安排。建立經(jīng)常、普遍和可信的質(zhì)量記錄報告制度和線內(nèi)的質(zhì)量反響途徑。八．平安設(shè)計：很多電子產(chǎn)品都運用電網(wǎng)電源，必需保證用戶在運用中的平安。平安設(shè)計包括電路和構(gòu)造的內(nèi)容，主要是防觸電、防爆炸和防起火。對機外能觸及的金屬件必需滿足絕緣要求。對影響平安性的器件如電源線、電源開關(guān)、電源變壓器、開關(guān)變壓器、保險絲、電路板、隔離電阻電容、熔斷電阻等都必需選用經(jīng)過平安論證的產(chǎn)品。易受高溫、高壓放電影響的部位必需采用阻燃或緩燃的資料。PCB設(shè)計必需保證相關(guān)處有足夠的爬電間隔和間隙。平安標志清楚完備，不會被水、汽油等擦去，以