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現(xiàn)代電子產(chǎn)品可靠性的概述

電子設(shè)計 ? 來源:電子設(shè)計 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2020-12-24 18:04 ? 次閱讀

一、現(xiàn)代電子產(chǎn)品的特點

電子產(chǎn)品是指利用電子技術(shù)制造出來的以電能為工作基礎(chǔ)的相關(guān)產(chǎn)品,包括電力/電氣設(shè)備和微電子儀器、設(shè)備和系統(tǒng)等。電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各部門及人民生活的各個領(lǐng)域。

早期的電子產(chǎn)品主要以電子管為基礎(chǔ)元件進(jìn)行制造,功能比較簡單,電路和結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜,制造難度不大。伴隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、新工藝和新材料的應(yīng)用,以及超小型化元器件和中大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的研制和推廣,電子產(chǎn)品在電路上和結(jié)構(gòu)上發(fā)生了巨大的變化,小型化、超小型化、微型化結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),使得一些傳統(tǒng)的設(shè)計方法逐漸被機(jī)電結(jié)合、光電結(jié)合等新技術(shù)所取代。

隨著產(chǎn)品性能的不斷增強(qiáng)、復(fù)雜程度的不斷提高和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,電子產(chǎn)品的可靠性要求日益提高,特別是在軍用、通信、生命醫(yī)療和航空/航天等領(lǐng)域,電子產(chǎn)品的可靠性已成為衡量電子產(chǎn)品使用性能的重要指標(biāo)。

與早期的電子產(chǎn)品相比,現(xiàn)代電子產(chǎn)品具有以下特點。

(1)產(chǎn)品組成更復(fù)雜,組裝密度更大

早期的電子產(chǎn)品通常由少量電子管及分立元件通過簡單連接搭建而成,功能單一。現(xiàn)代電子產(chǎn)品通常具有多種功能,產(chǎn)品組成更復(fù)雜,元器件、零部件數(shù)量更多,同時產(chǎn)品的體積和質(zhì)量更小,因此組裝密度更大。尤其是超大規(guī)模集成電路及其衍生的各種功能模塊的出現(xiàn),使電子產(chǎn)品的組裝密度較過去大幅提高。

(2)設(shè)備使用范圍廣,所處工作環(huán)境復(fù)雜

隨著應(yīng)用場合的不斷拓展,電子產(chǎn)品需要適應(yīng)的工作環(huán)境的范圍不斷擴(kuò)大?,F(xiàn)代電子產(chǎn)品往往要在惡劣而苛刻的環(huán)境下工作,如地質(zhì)鉆探、海上作業(yè)、南極科考、深空探測等。此時產(chǎn)品需要承受高溫、低溫和巨大溫差變化,高濕度和低氣壓,強(qiáng)烈的沖擊和振動,外界的電磁干擾與宇宙射線輻射等。這些都會對電子產(chǎn)品的正常工作產(chǎn)生影響。

(3)設(shè)備可靠性要求高、壽命長

早期電子產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)簡單、功能單一、所用元器件數(shù)量少,往往不容易出現(xiàn)使用問題,而且即使偶爾出現(xiàn)故障,維修起來也相對容易。而現(xiàn)代電子產(chǎn)品復(fù)雜程度、精密性更高,元器件數(shù)量更多,如果出現(xiàn)故障,維修的難度和代價將大幅提升,因此要求具有更高的可靠性和足夠長的工作壽命,而可靠性低的電子產(chǎn)品將失去使用價值。為獲得高可靠性電子產(chǎn)品,不僅要求所使用的元器件質(zhì)量等級更高,在電路設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計中也要做出更大的努力。

(4)產(chǎn)品要求高精度、多功能和自動化

現(xiàn)代電子產(chǎn)品往往要求高精度、多功能和自動化,有的還引入了智能控制單元,因而其控制系統(tǒng)更為復(fù)雜。精密機(jī)械廣泛地應(yīng)用于電子產(chǎn)品是現(xiàn)代電子設(shè)備的另一大特點。自控技術(shù)、遙控遙測技術(shù)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)和精密機(jī)械的緊密結(jié)合,智能化的人機(jī)交互,使電子產(chǎn)品的精度和自動化程度達(dá)到了相當(dāng)高的水平。

上述電子產(chǎn)品的特點,只是對整體而言,具體到某種產(chǎn)品又各具特點。當(dāng)代電子產(chǎn)品具有上述特點,對電路設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求更高,設(shè)計、生產(chǎn)人員只有充分了解這些特點,才能研制出滿足使用要求的現(xiàn)代電子產(chǎn)品。

二、電子產(chǎn)品的可靠性要求

可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方面,通常所說的產(chǎn)品質(zhì)量好包含兩層意思:一是達(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo),二是在使用中很可靠??煽啃灾苯雨P(guān)乎產(chǎn)品的使用性能,影響著客戶體驗和滿意度,在軍工、導(dǎo)航、通信及航空/航天等領(lǐng)域,可靠性是用戶最為關(guān)注的核心指標(biāo)之一。

評價一個電子產(chǎn)品,一是看功能是否先進(jìn)、外觀是否美觀,這屬于產(chǎn)品的電路及結(jié)構(gòu)設(shè)計問題;二是看能否以高效率、低成本的方式制造出來,這屬于產(chǎn)品的可制造性問題;三是看質(zhì)量是否穩(wěn)定、產(chǎn)品是否可靠,這屬于產(chǎn)品的使用性問題。其中,電路和結(jié)構(gòu)決定了電子產(chǎn)品的功能、外觀和性能指標(biāo),是設(shè)計師關(guān)注的核心問題;產(chǎn)品的可制造性決定了設(shè)計方案能否以高效率、低成本的方式轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品,是制造廠家關(guān)注的重點;而產(chǎn)品的可靠性決定了產(chǎn)品能否在各種條件下經(jīng)久耐用,是用戶關(guān)注的問題,代表了產(chǎn)品設(shè)計水平,也是企業(yè)核心競爭力的重要體現(xiàn)。

隨著材料技術(shù)、元器件技術(shù)和電子學(xué)設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展,電子產(chǎn)品的功能越來越復(fù)雜、集成度越來越高,對電子產(chǎn)品的可靠性也提出了更高的要求。提高產(chǎn)品的可靠性,使其發(fā)揮最佳性能,是提升一個電子產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素,也直接影響著最終用戶的評價。電子產(chǎn)品的可靠性提升是一個極其重要且具備極大挑戰(zhàn)的工作,從某種意義上說,提高了產(chǎn)品的可靠性也就提高了產(chǎn)品的核心競爭力,科技進(jìn)步的體現(xiàn)就是產(chǎn)品質(zhì)量的升級及可靠性的提高。

三、電子產(chǎn)品可靠性簡介

1.可靠性的概念

GJB 450中對可靠性的定義是: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)定的條件和時間內(nèi),完成規(guī)定功能的概率,它是衡量可靠性水平高低的一個重要指標(biāo)。

可靠性的概念包含以下三層含義。

(1)產(chǎn)品的可靠性以“規(guī)定的工作條件”為前提

所謂“規(guī)定的工作條件”是指在規(guī)定的時間內(nèi)產(chǎn)品使用時的應(yīng)力條件、環(huán)境條件和儲存條件等。規(guī)定的條件不同,產(chǎn)品的可靠性也不同。例如,一般半導(dǎo)體元器件使用時的輸出功率越小其可靠性越高。又如,同一臺電子設(shè)備在不同使用環(huán)境下,可靠性可能相差很大,環(huán)境條件越惡劣,設(shè)備的可靠性越低。

(2)產(chǎn)品的可靠性與“規(guī)定的時間”密切相關(guān)

一般說來,產(chǎn)品經(jīng)過老化時間后,有一個較長時間的穩(wěn)定使用期,以后,隨著時間的推移,穩(wěn)定性逐漸下降,可靠性降低。使用時間越長,可靠性越低。

(3)產(chǎn)品的可靠性用完成“規(guī)定功能”來衡量

這里的“功能”是指產(chǎn)品的全部功能,而不是其中一部分功能。產(chǎn)品只有完成全部規(guī)定功能,才被認(rèn)為是可靠的。

2.可靠性的分類

可靠性的形成和評估和多方面因素有關(guān),既取決于產(chǎn)品的設(shè)計制造過程,又受環(huán)境及使用條件等影響。

可靠性主要可分為以下三種:

(1)固有可靠性

固有可靠性是指產(chǎn)品在設(shè)計、制造時內(nèi)在的可靠性。對于元器件產(chǎn)品來說,原料品質(zhì)、制造工藝、工作參數(shù)等均會影響其固有可靠性。而對電子產(chǎn)品來說,固有屬性則受產(chǎn)品的復(fù)雜程度、電路和元器件的選擇與使用、元器件的工作參數(shù)及可靠性及機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝等因素的影響??傮w而言,電路及結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,所用的元器件越多,制造工序越多,則產(chǎn)品的固有可靠性越低。

(2)使用可靠性

使用可靠性是指使用和維護(hù)人員對產(chǎn)品可靠性的影響。它包括使用與維護(hù)的程序是否正確、設(shè)備選用是否合理、操作方法是否得當(dāng)及其他人為因素。使用可靠性在很大程度上取決于使用設(shè)備的人。熟練而正確的操作、及時的維護(hù)和保養(yǎng)都能顯著提高產(chǎn)品的使用可靠性。使用可靠性與人機(jī)工程的設(shè)計有直接關(guān)系。

(3)環(huán)境適應(yīng)性

環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品所處的環(huán)境條件對可靠性的影響,包括自然環(huán)境、機(jī)械環(huán)境和電磁環(huán)境等,提高設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性,主要是對設(shè)備采取各種有效的防護(hù)措施。

四、影響電子產(chǎn)品可靠性的主要因素

一般來說,電子產(chǎn)品的可靠性與壽命有關(guān)。電子元器件的平均壽命越長,電子產(chǎn)品的可靠性往往越高。但可靠性與壽命又不是同一個概念,電子產(chǎn)品的可靠性高,不一定壽命就長,壽命長其可靠性也不一定高,這都與使用要求有關(guān)。

影響電子產(chǎn)品可靠性的要素主要包括以下幾個:

(1)自然環(huán)境

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、氣壓、海拔高度、大氣污染顆粒等都會對電子元器件的正常運行產(chǎn)生影響,使其電氣性能下降,甚至損傷元器件,從而引發(fā)故障。

(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)

電子產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足使用工況的要求,強(qiáng)烈的機(jī)械振動或碰撞會使設(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損傷或失效,致使電子產(chǎn)品無法正常運行。

(3)電磁環(huán)境

環(huán)境中的電磁波無處不在,電子產(chǎn)品在運行中,無時無刻不與空間中的電磁信號進(jìn)行接觸。在電磁信號的影響下,電子電路的噪聲會變大,穩(wěn)定性會變差,如果干擾嚴(yán)重,甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備運行故障,或危及人身安全。

(4)組裝工藝

除元器件品質(zhì)及設(shè)計因素外,制造過程也會直接影響產(chǎn)品的可靠性,組裝工藝的不同會直接影響連接牢固度、密封性、耐環(huán)境腐蝕能力等,進(jìn)而影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

事實上,除使用可靠性外,電子產(chǎn)品的固有可靠性和環(huán)境適應(yīng)性,都是由設(shè)計、制造過程決定的,也就是說,電子產(chǎn)品制造出來后,電子產(chǎn)品的主要可靠性指標(biāo)已經(jīng)固定不變了,外部環(huán)境只是對可靠性的一種考驗,因此,提高電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵在于提高設(shè)計和制造水平。

五、提高電子產(chǎn)品可靠性的主要措施

提高電子產(chǎn)品可靠性主要是指提高其固有可靠性,入手點在于源頭設(shè)計和制造過程,主要措施需根據(jù)影響可靠性的相關(guān)因素制定,包括元器件的品質(zhì)選擇、結(jié)構(gòu)及電路的設(shè)計、組裝工藝的選擇等方面。

1.可靠性設(shè)計

提高產(chǎn)品可靠性的措施,在設(shè)計層面主要包括以下幾個方面:

(1)可靠性預(yù)計

可靠性預(yù)計屬于設(shè)計層面的措施,是指針對產(chǎn)品的可靠性要求,在總體設(shè)計階段對可靠性指標(biāo)進(jìn)行預(yù)先分解和評估,從而可為后續(xù)設(shè)計工作的順利開展打下基礎(chǔ)。

進(jìn)行可靠性預(yù)計,應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)根據(jù)所選用的電路形式、可靠性結(jié)構(gòu)模型、元器件、工作環(huán)境及以前積累的數(shù)據(jù),對電子產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行預(yù)計分析,以便提前采取措施,對這類產(chǎn)品在未來應(yīng)用中可能發(fā)生的故障進(jìn)行科學(xué)應(yīng)對。

② 設(shè)計人員應(yīng)給予電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計足夠的重視,并將相應(yīng)的預(yù)計分析工作落實到位,確保這類產(chǎn)品可靠性預(yù)計的有效性。

(2)電子元器件的合理選用

對于電子產(chǎn)品而言,元器件的可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)的可靠性程度。電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計工作的開展中,需要重視實踐中與之相關(guān)的電子元器件的合理選用,從而滿足其可靠性設(shè)計要求。

電子元器件選用應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)綜合考慮電路性能、運行環(huán)境、成本控制等要素,選擇滿足使用要求且性價比良好的電子元器件,為電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計方案的形成提供支持。

② 在電子元器件的選用過程中,需要對不同類型的元器件進(jìn)行對比分析,確定電子產(chǎn)品所需的最佳電子元器件。

③ 應(yīng)對設(shè)計過程中選用電子元器件的實際應(yīng)用效果進(jìn)行科學(xué)評估,以確保這類元器件在電子產(chǎn)品應(yīng)用中有良好的適用性。

④ 元器件降額使用。元器件選型過程中,通常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。“降額設(shè)計”是降低基本故障率的常用手段,在最佳降額范圍內(nèi),采?、窦?、Ⅱ級、Ⅲ級降額等級,可實現(xiàn)可靠性提高和成本控制的最優(yōu)方案。

(3)熱設(shè)計

現(xiàn)代電子產(chǎn)品中元器件密度不斷增大,元器件之間通過傳導(dǎo)、輻射和對流產(chǎn)生大量的熱耦合,熱應(yīng)力成為影響電子產(chǎn)品可靠性的重要因素之一。因此,需要對電子產(chǎn)品進(jìn)行合理的熱設(shè)計,以確保在其設(shè)計方案作用下的電子產(chǎn)品能夠處于良好的應(yīng)用模式。

熱設(shè)計應(yīng)注意以下要求。

① 電子產(chǎn)品熱設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用要求,單獨或綜合采用散熱、加裝散熱器和制冷三種基本技術(shù)手段,以獲得理想的熱設(shè)計方案,最大限度地滿足電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計要求。

② 在電子產(chǎn)品的熱設(shè)計過程中,需要設(shè)計人員結(jié)合實際情況,合理使用對流散熱方式、傳導(dǎo)散熱方式和利用熱輻射特性方式,使這些方式作用下的電子產(chǎn)品能夠保持良好的散熱狀況。這樣有利于增強(qiáng)電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計的效果,使其在最終的設(shè)計方案應(yīng)用中更具科學(xué)性。

(4)冗余設(shè)計

電子產(chǎn)品冗余設(shè)計是指利用一臺或多臺相同的系統(tǒng)構(gòu)成并聯(lián)形式,在其中某一系統(tǒng)發(fā)生故障時進(jìn)行科學(xué)應(yīng)對。在冗余設(shè)計的作用下,電子產(chǎn)品應(yīng)用中的某一元器件發(fā)生故障時,其他元器件依然可以正常工作,從而滿足電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計要求。

進(jìn)行冗余設(shè)計,應(yīng)注意以下要求。

① 在遵循冗余理論的前提下,應(yīng)充分結(jié)合實踐經(jīng)驗,以確定電子產(chǎn)品所需的冗余設(shè)計方案,進(jìn)而為其可靠性設(shè)計水平的提升提供保障。

② 冗余設(shè)計會增大整個系統(tǒng)的體積、質(zhì)量和成本。因此只有在較重要的電子產(chǎn)品中(如導(dǎo)彈制導(dǎo)、原子彈引信等)才采用。

(5)電磁兼容性設(shè)計

在電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計過程中,為了使最終得到的產(chǎn)品能夠達(dá)到國家電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求,避免電子電路運行中產(chǎn)生相互干擾,需要考慮電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計。

電磁兼容性設(shè)計的一般要求如下。

① 設(shè)計人員應(yīng)通過對印制電路板設(shè)計、電源線濾波、屏蔽機(jī)箱、信號線濾波、電纜設(shè)計、接地等技術(shù)的合理運用,使電子產(chǎn)品在應(yīng)用中滿足電磁兼容方面的要求,進(jìn)而提升其應(yīng)用價值。

② 在電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計方案形成過程中,應(yīng)充分考慮元器件的電磁特性和敏感特性,對電子產(chǎn)品的電路狀況也應(yīng)重點關(guān)注,必要時應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)處理。

③ 電磁兼容性設(shè)計過程中,應(yīng)準(zhǔn)確識別易受干擾電路和不易受干擾電路,并按照分類處理的原則采取針對性措施,從而保持電子產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性。

(6)可維修性設(shè)計

實踐中通過對電子產(chǎn)品可修復(fù)性特點的考慮,需要在其可靠性設(shè)計中注重可維修性方面的設(shè)計,從而消除電子產(chǎn)品應(yīng)用中可能存在的安全隱患。

進(jìn)行電子產(chǎn)品可維修性設(shè)計,應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)從維修便捷性、成本經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行考慮,以確定電子產(chǎn)品所需的可維修性設(shè)計方案,從而為產(chǎn)品維修工作的開展提供科學(xué)指導(dǎo)。

② 應(yīng)選用性能可靠的維修工具,使這類工具支持下的電子產(chǎn)品維修工作效率得以提高,并完善其可維修性設(shè)計方案。

③ 應(yīng)處理好電子產(chǎn)品可維修性設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題,以確保其設(shè)計方案應(yīng)用的有效性。

(7)結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

電子產(chǎn)品在使用、運輸中會受到各種環(huán)境因素的影響,這些環(huán)境因素可能會加速或造成電子產(chǎn)品的損壞,在電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,要充分考慮這些不利因素的影響,提高電子產(chǎn)品的防護(hù)能力,進(jìn)而提高電子產(chǎn)品的可靠性。

結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的作用及要求主要包括:

① 通過采用有效的散熱裝置控制元器件的溫升;

② 消減振動、沖擊、碰撞等機(jī)械因素對產(chǎn)品造成的危害;

③ 排除內(nèi)部與外部的噪聲干擾;

④ 加強(qiáng)防腐、防潮、防霉的研究,延長結(jié)構(gòu)材料使用壽命;

⑤ 設(shè)計過程應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化要求。

2.可靠性試驗驗證

可靠性試驗是研究失效及其影響結(jié)果,并為提高或評價試驗對象的可靠性而進(jìn)行的各種試驗的總稱。從廣義上說,凡是為了了解、評價、考核、分析和提高可靠性而進(jìn)行的試驗,都可稱為可靠性試驗??煽啃栽囼灱夹g(shù)是在20世紀(jì)50年代開始發(fā)展起來的,最早應(yīng)用于軍工產(chǎn)品,至今已在航空、航天、電子、自動化、汽車和計算機(jī)等行業(yè)廣泛應(yīng)用??煽啃栽囼炇菍Ξa(chǎn)品的可靠性進(jìn)行調(diào)研、分析和評估的一種重要手段,也是提高和保證產(chǎn)品可靠性的一個重要環(huán)節(jié)。

當(dāng)一個產(chǎn)品制造出來后,原則上,其性能指標(biāo)應(yīng)該可以達(dá)到原設(shè)計所規(guī)定的可靠性要求,但實際情況要復(fù)雜得多。事實上,設(shè)計過程很難將所有的可靠性問題考慮周全,不同的可靠性指標(biāo)間甚至存在矛盾或沖突,只能采用折中設(shè)計,對于復(fù)雜系統(tǒng),這種情況更為明顯。因此,有必要通過一系列可靠性試驗驗證可靠性指標(biāo)的實現(xiàn)程度,或發(fā)現(xiàn)并判明各種故障和缺陷。

可靠性試驗的原理是:模擬現(xiàn)場工作條件及壽命周期中的其他環(huán)境條件,將各種工作模式和各種應(yīng)力條件按照一定的時間比例、一定的循環(huán)次序反復(fù)施加到受試產(chǎn)品上。經(jīng)過對受試產(chǎn)品的失效進(jìn)行分析和處理,將得到的信息反饋到設(shè)計、制造、材料和管理等部門進(jìn)行改進(jìn),以提高產(chǎn)品的固有可靠性,同時依據(jù)試驗的結(jié)果對電子產(chǎn)品的可靠性做出評定??煽啃栽囼炓_(dá)到預(yù)期的效果,必須特別重視試驗條件的選擇、試驗周期的設(shè)計和失效判據(jù)的確定。

值得注意的是,對于各種電子產(chǎn)品環(huán)境試驗條件的擬定,必須根據(jù)具體的使用情況來考慮。例如,電子產(chǎn)品的循環(huán)試驗,采用不同的試驗順序,所產(chǎn)生的試驗結(jié)果就不一樣。以氣候因素的循環(huán)試驗為

例,當(dāng)采用高溫→潮濕→低溫的試驗順序時(即電子產(chǎn)品先在烘箱中進(jìn)行加溫,使元器件受熱干燥。然后,將其放進(jìn)潮濕箱,在毛細(xì)力作用下,使元器件吸潮。最后,將元器件置于冷凍箱中冷卻),若產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān),則在熱脹冷縮的作用下,極易引起破裂。而如果按潮濕→高溫→低溫的順序進(jìn)行,由于高溫烘烤首先對元器件進(jìn)行了去潮處理,則潮濕對產(chǎn)品的影響相當(dāng)于被人為屏蔽了,此時試驗過程只能反映出產(chǎn)品受冷熱交替變化的影響,結(jié)果顯然是不一樣的。

六、電子產(chǎn)品可靠性試驗介紹

1.可靠性試驗的目的

據(jù)統(tǒng)計,在電子產(chǎn)品中,元器件和零部件缺陷、工藝缺陷及設(shè)計缺陷各占1/3左右。糾正這些缺陷,使產(chǎn)品的可靠性逐漸提高,達(dá)到設(shè)計的要求,所花費的時間是要求的MTBF的5~25倍。所以,一個產(chǎn)品從研制定型到批量生產(chǎn),始終都離不開可靠性試驗。盡管可靠性試驗往往成本很高,但有效的可靠性試驗可以成倍地提高初始樣機(jī)的可靠度,從而取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

可靠性試驗的目的就是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期中的可靠性問題,并加以分析、評估和處理??煽啃栽囼炟灤┯诋a(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護(hù)的各個階段。

① 在研制階段用以暴露試制產(chǎn)品各方面的缺陷,評價電子產(chǎn)品可靠性達(dá)到預(yù)定指標(biāo)的情況,保證出售產(chǎn)品的可靠性。

② 對新材料、新產(chǎn)品、新工藝和新設(shè)計進(jìn)行評價,研究新的試驗方法。

③ 生產(chǎn)階段為監(jiān)控生產(chǎn)過程提供信息,暴露使用過程中出現(xiàn)的不確定因素,研究預(yù)防故障發(fā)生的措施。

④ 暴露和分析電子產(chǎn)品在不同環(huán)境和應(yīng)力條件下的失效規(guī)律及有關(guān)的失效模式和失效機(jī)理。

⑤ 對定型產(chǎn)品進(jìn)行可靠性鑒定或驗收,研究電子產(chǎn)品的失效分布規(guī)律。

⑥ 為改進(jìn)產(chǎn)品可靠性,制定和改進(jìn)可靠性試驗方案,為用戶選用電子產(chǎn)品提供依據(jù),為進(jìn)行有效的可靠性管理提供依據(jù)。

2.可靠性試驗的分類

根據(jù)試驗的環(huán)境條件、試驗的目的、產(chǎn)品的工作階段、施加的應(yīng)力強(qiáng)度、對可靠性的影響、試驗產(chǎn)品的破壞程度、試驗規(guī)模及抽樣方案的類型等,可將可靠性試驗分成很多種類。

一)按環(huán)境條件分類

按環(huán)境條件分類,可靠性試驗包括:

(1)穩(wěn)定性試驗

將產(chǎn)品置于人工模擬的工作環(huán)境之中,按照技術(shù)指標(biāo)的要求,考核產(chǎn)品抵抗每種環(huán)境影響因素的能力。如耐溫、耐濕和耐壓的穩(wěn)定性,不滲水性,以及耐振動、沖擊、加速度等各種穩(wěn)定性項目的試驗。

(2)綜合性試驗

考驗產(chǎn)品在綜合因素的作用下所能達(dá)到的性能指標(biāo)。這種試驗比較接近實際使用情況,所以在環(huán)境試驗中占有重要地位。

二)按試驗項目分類

按試驗項目分類,可靠性試驗包括:

(1)可靠性壽命試驗

通常采用的是破壞性壽命試驗,其任務(wù)是在規(guī)定的條件下,抽取一定數(shù)量的樣品做壽命試驗,記錄每個元器件失效時間,進(jìn)行全部數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,求出元器件的可靠性指標(biāo),用以評價產(chǎn)品的可靠性水平,并進(jìn)一步分析產(chǎn)品失效的原因,提出提高可靠性的措施??煽啃詨勖囼炇歉鞣N可靠性試驗中最主要的內(nèi)容,也是與統(tǒng)計方法關(guān)系最密切的內(nèi)容。

(2)可靠性環(huán)境試驗

可靠性環(huán)境試驗研究各種環(huán)境條件對元器件的影響。環(huán)境應(yīng)力是指產(chǎn)品工作時所承受的不利環(huán)境條件,如溫度、濕度、電壓、污染、振動、霧、輻射等。

(3)可靠性篩選試驗

可靠性篩選試驗是對合格產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)檢查,淘汰潛在的早期失效元器件,以提高整批元器件的可靠性??煽啃院Y選試驗是提高產(chǎn)品可靠性行之有效的基礎(chǔ)工作。

(4)整機(jī)可靠性鑒定試驗

整機(jī)可靠性鑒定試驗安排在新產(chǎn)品試制成功以后,目的是驗證設(shè)備設(shè)計能否在規(guī)定的環(huán)境條件下滿足規(guī)定的性能及可靠性要求。這種試驗是以壽命試驗的方式進(jìn)行的,要求對設(shè)備的平均壽命做出定量的鑒定。

(5)整機(jī)可靠性驗收試驗

當(dāng)產(chǎn)品投入連續(xù)生產(chǎn)后,應(yīng)對整機(jī)安排一系列定期試驗,用以確定設(shè)備能否滿足相應(yīng)的性能和可靠性要求,用來確定每批產(chǎn)品是否可以出廠交付使用。可靠性驗收試驗雖然也是以壽命試驗的方式進(jìn)行的,但它只要求制定一個簡單的驗收方案和驗收標(biāo)準(zhǔn),供試驗工作人員掌握并做出判斷。整機(jī)可靠性驗收方案及其驗收標(biāo)準(zhǔn)稱為可靠性抽樣檢驗方案。

三)按試驗?zāi)康姆诸?/p>

按試驗?zāi)康姆诸悾煽啃栽囼灠ǎ?/p>

(1)可靠性工程試驗

可靠性工程試驗的目的是暴露產(chǎn)品設(shè)計、工藝、元器件和原材料等方面存在的缺陷或故障,對其進(jìn)行分析,采取糾正措施并加以排除,使產(chǎn)品的固有可靠性得到提升,達(dá)到合同規(guī)定的可靠性要求。

(2)可靠性統(tǒng)計試驗

可靠性統(tǒng)計試驗的目的是驗證產(chǎn)品是否達(dá)到了規(guī)定的可靠性水平,而不是暴露產(chǎn)品存在的缺陷或故障??煽啃越y(tǒng)計試驗又稱為可靠性驗證試驗。對于不同的產(chǎn)品,為了達(dá)到不同的目的,可以選擇不同的可靠性試驗方法。

七、結(jié)語

電子產(chǎn)品與我們的生活密不可分。電子產(chǎn)品的質(zhì)量在一定程度上也直接影響著我們的生活水平。電子產(chǎn)品的可靠性是衡量電子產(chǎn)品質(zhì)量和使用性的重要指標(biāo),可靠性的提升是電子產(chǎn)品穩(wěn)定運行的基本保障。

影響電子產(chǎn)品可靠性的因素很多,包括自然環(huán)境、機(jī)械環(huán)境和電磁環(huán)境等??煽啃栽O(shè)計工作就是圍繞這些環(huán)境因素,在設(shè)計和制造中采取相應(yīng)措施,以提高產(chǎn)品的防護(hù)能力和適用性,進(jìn)而保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量,提升電子產(chǎn)品的核心競爭力。

審核編輯:符乾江
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