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1、第6单元 电子产品质量和可靠性控制,第一部分 任 务 导 入, 电子产品的功能与可靠性是其质量的两个重要的方面。 功能单一，不适用的产品人们是不喜欢的，经常容易出问题的电子产品，其前景也是不容乐观的。, 因此，在产品初期的设计和定型阶段，就要考虑到这些问题，应采用可靠性设计，也就是从源头来保证所生产的电子产品的质量。,第二部分 相 关 知 识,6.1 电子产品质量的基本知识,6.1.1 电子产品的功能 1外观 电子产品的外观通常是指整机的造型、色泽以及包装。 漂亮的外观是每一位电子产品设计者所追求的。,2电子产品的性能指标, 电子产品的性能指标通常是指电子产品实际能够完成的物理性能或化学性能，
2、以及相应的电气参数。,3结构功能, 电子产品的结构功能通常是指电子产品的整体结构是否紧凑，维修、互换是否方便。,4操作功能,电子产品的操作功能通常是指电子产品使用操作时是否方便，使用时是否安全。,5经济性, 电子产品的经济性通常是指电子产品的工作效率是否高，使用费用是否高，原材料消耗是否大等。,6效能, 电子产品的效能通常是指电子产品满足规定的定量服务要求的能力。 它是产品固有能力与可用性的综合反映。,6.1.2 电子产品的可靠性,1可靠性 电子产品的可靠性是指电子产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力。,2固有可靠性, 电子产品的固有可靠性是指电子产品在使用之前，由确定设计方
3、案、选择元器件及材料、制作工艺过程所决定的可靠性因素，这种因素是“先天”决定的。,3固有能力, 电子产品的固有能力是指电子产品在给定的内在条件下，满足规定的定量服务要求的能力。,4可用性, 电子产品的可用性是指在要求的外部资源得到保证的前提下，电子产品在规定的技术条件下和规定的时刻或时间内处于可执行功能状态的能力。, 它是产品可靠性、维修性和维修保障性的综合反映。 这里的外部资源不同于维修资源，它对产品的可用性是没有影响的。,5可信性, 电子产品的可信性是描述可用性和它的影响因素（可靠性、维修性及维修保障性）的集合性术语，一般用于非定量描述的场合。,6使用可靠性, 电子产品的使用可靠性是指电子
4、产品在使用中会逐渐老化，寿命会逐渐减少。 使用可靠性通常是针对操作、使用、维护、保养等因素对其寿命的影响。,7耐久性, 电子产品的耐久性是指电子产品在规定的使用与维修条件下，直到极限状态前完成规定功能的能力。 产品的极限状态可以由使用寿命的终止，经济和技术不适宜等来表征。,8环境适应性, 电子产品的环境适应性是指电子产品对各种温度、湿度、振动、灰尘、酸碱度等环境因素的适应能力。, 电子产品的质量是在设计、制作和使用过程中形成的，它受制作者水平、元器件及材料的选取、制作时使用的工具及仪器、工艺加工条件以及环境因素的影响。 这些因素叫做工作质量，工作质量决定了产品质量。,6.2 电子产品的可靠性基
5、本知识,6.2.1 电子产品失效的基本概念 1失效 电子产品失效是指电子产品终止完成规定功能的能力这样的事件。,2致命失效, 电子产品的致命失效通常是指可能导致人身伤害、重要物件损坏或其他不可容忍后果的失效。,3完全失效, 电子产品的完全失效通常是指电子产品完全不能完成全部规定功能的失效。,4退化失效, 电子产品的退化失效通常是指电子产品兼有渐变失效和部分失效的失效。,5渐变失效、漂移失效, 电子产品的渐变失效、漂移失效通常是指电子产品规定的性能随时间的推移逐渐变化产生的失效。 这种失效通过事前的检测或监测是可以预测的，有时可通过预防性维修来加以避免。,6部分失效, 电子产品的部分失效通常是指
6、非完全失效的失效，也就是说，仅有部分功能出现了失效。,7系统性失效、重复性失效, 电子产品的系统性失效、重复性失效通常是指肯定与某个原因有关的，只有通过修改设计或制造工艺、操作程序、文件或其他关联因素才能消除的失效。, 无修改措施的修复性通常是不能消除这种失效原因的。 系统性失效与重复性失效是可以通过模拟失效原因来诱发的。,8非致命失效, 电子产品的非致命失效通常是指不太可能导致人身伤害、重要物件损坏或其他不可容忍后果的失效。,9设计失效, 电子产品的设计失效通常是指电子产品因为设计原因（例如设计不当等）而造成的失效。,10误用失效, 电子产品的误用失效通常是指电子产品使用中施加应力超出产品允
7、许范围而引起的失效。,11制造失效, 电子产品的制造失效通常是指由于电子产品的制造未按设计或规定的制造工艺而造成的失效。,12失效机理, 电子产品的失效机理通常是指引起电子产品失效的物理、化学或其他的过程。,13失效原因, 电子产品的失效原因通常是指引起电子产品失效的设计、制造或使用阶段的有关事项。,14误操作失效, 电子产品的误操作失效通常是指由于对电子产品操作不当或粗心引起的失效。,15从属失效, 电子产品的从属失效通常是指由一个分产品（例如某一部件等）的失效或故障直接或间接引起的电子产品失效。,16独立失效, 电子产品的独立失效通常是指不是由另一个产品的失效或故障直接或间接引起的产品失效
8、。,17非关联失效, 电子产品的非关联失效通常是指在解释试验或工作结果或者计算可靠性量值时应予以排除的失效，但排除的准则应加以规定。,18关联失效, 电子产品的关联失效通常是指在解释试验或工作结果或者计算可靠性量值时必须计入的失效。 计入的准则应加以规定。,19突然失效, 电子产品的突然失效通常是指事前的检测或监测不能预测到的失效。,20弱质失效, 电子产品的弱质失效通常是指施加的应力未超出产品允许范围，由于产品本身薄弱而引起的失效，通常应改进设计。,21老化失效、耗损失效, 电子产品的老化失效、耗损失效通常是指电子产品的失效概率随时间的推移而增大的失效。 它是产品固有过程的结果。,22突变失
9、效, 电子产品的突变效通常是指使电子产品完全不能完成所有规定功能的突然失效。,6.2.2 衡量电子产品可靠性的指标,1可靠度 电子产品的可靠度R（t）是指电子产品在规定的条件下和规定的时间区间（t1、t2）内完成规定功能的概率。,2平均无故障时间, 电子产品整机的可靠性，通常用平均无故障时间（MTBF）来定量评价。 工业电子产品的MTBF通常是指在两次故障之间的平均工作时间。 平均无故障时间应用较广，国内外电子产品生产厂家都已经将MTBF作为评价产品质量的主要标准之一。,3平均维修时间, 衡量电子产品可靠性指标除了MTBF之外，有时还用可维修性来考察工业电子产品的质量。 平均维修时间（MTTR
10、）是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间。 显然，整机结构优良的产品，可维修性越好，平均维修时间就越短。,4失效率, 失效率（）通常是指电子产品在规定的使用条件下，使用t时间后，产品失效的概率。 电子产品的失效率通常可用以下公式表示： =失效数/（应用总数应用时间） 失效率的常用单位是“菲特”，1菲特=109/h。, 它是指一百万个元器件应用1 000h有一个失效，就叫1菲特。 失效率越低，说明元器件的可靠性越高。,（1）元器件失效类型, 元器件的失效通常有以下两种类型。 元器件特性参数消失：如二极管被击穿短路，电阻器由于功率不够而超载烧毁等。 这种失效导致的整机故障通常称其为“硬故障”
11、，查找起来较为方便。, 元器件规格参数变化：这种失效故障是随着时间的推移或工作环境的变化，元器件的规格参数发生了改变，如电阻器的阻值变小或变大，电容器的容量减小或电容器漏电等。 这种失效导致的整机故障通常称为“软故障”，这类故障是较难判断的。,（2）失效率函数, 电子元器件的失效率可以用失效率函数（t）来进行表述，典型的电子元器件失效率函数曲线如图6-1所示。,图6-1 典型的电子元器件失效率函数曲线, 从图6-1曲线可看出，元器件的失效可分为3个阶段，各个阶段的失效特征如下。 早期失效期：它是指元器件刚生产出来或使用的早期，失效期比较高的这一阶段。 偶然失效期：它是指经过早期失效期后，电子元
12、器件就进入正常使用阶段，其失效率会显著下降的这一阶段。, 老化失效期：它是指经过长时间的使用之后，元器件可能会逐渐老化，失效率又开始增高，直至寿命结束的这一阶段。 无论是在专业化电子产品生产厂家进行产品生产，还是业余电子产品制作，都应该在电子产品装配之前，认真仔细地对元器件进行筛选，去除那些早先失效的元器件，以使全部元器件均工作在偶然失效期。,（3）元器件电气规格参数指标与其性能稳定可靠之间的关系 电子产品中使用的元器件，其电气规格参数指标与其性能稳定可靠是不同的两个概念，两者之间并没有直接的联系。, 规格参数良好的元器件，其可靠性不一定很高；反之，规格参数差一些的元器件，其可靠性也不一定很低
13、。 电子元器件的大部分规格参数均可以采用仪表测量立即得到，但它们的可靠性以及稳定性却必须通过各种可靠性试验，或者大量（或长时间）地使用以后才可以判断出来。,5有效度, 有效度（A）又称为可用度，通常是指在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻处于能执行规定功能状态的概率，也就是指产品总的正常工作时间与寿命之比。,6MTBF与l之间的关系, 电子产品整机的可靠性结构有串联结构与并联结构两种。 对于串联结构的电子产品整机，其平均无故 障工作时间MTBF与元器件的失效率l之间的关系如下：, 式中，1+2+K+n各个元器件的失效率，不同种类、不同厂家生产的元器件，其l的值是不同
14、的； N整机所使用元器件的总数； h小时。 从以上公式可以得到以下几个最基本的结论。,（1）电路越简化，整机可靠性越高, 由于元器件的失效率总是正数（元器件不可能永久不坏，也不可能越用性能越好），因此，整机所使用的元器件的数量越多（即n越大），整机的可靠性就越低，MTBF就越短。, 由此可见，为了使MTBF变化，在产品设计时，应尽可能选用集成元器件，并尽量减少元器件的数目，电路的结构也尽可能简化。,（2）焊点越少，整机可靠性越高, 由于制作工艺过程，特别是自制印制电路板和装配焊接过程难免会出现失误，通常也设定了这些工艺过程的失效率。 因此，焊点的数目越多，焊接的技术越差，则整机的MTBF就必然
15、变短。,（3）选符合标准的元器件，会使MTBF延长, 为了提高整机的MTBF，应尽量选用失效率 l 比较低的元器件，虽然具体的失效率 l 数值较难得到，但选用符合国家标准的元器件，电子产品的可靠性要比选用非标准或自制元器件的电子产品的可靠性要高。 对于业余电子制作来说，这一点十分重要。,6.2.3 电子产品可靠性规律, 电子产品的可靠性都有一定的规律，其特性曲线见图6-1。 在试验和设计初期，由于设计制造中的错误、软件不完善 以及元器件筛选不当，从而使早期失效率较高。, 通过修正设计、改进工艺、老化元器件以及整机试验，从而使产品进入稳定的偶然失效期。 使用一段时间后，由于器件耗损，整机老化以及
16、维护等原因产品进入耗损失效期。, 由此可见，元器件是构成整机的基础，整机要可靠，元器件首先要可靠。 电子元器件的失效率是通过失效率试验获得的。, 有可靠性指标的电子元器件产品需要进行可靠性定级、维持和升级试验程序，来确定失效率。 除元器件的质量外，电子产品的可靠性还与装配、调试等工艺有关。,6.3 电子产品的可靠性设计方法,6.3.1 电子产品可靠性设计基本准则 产品结构及电路尽量从简。 尽可能地选择成熟的结构和典型的电路。, 电子产品结构要简单化、积木化、插件化。 采用新电路要注意标准化。 注意新技术的继承性。,6.3.2 电子产品整机可靠性结构, 在电子产品设计中，最常见的可靠性结构主要有串联结构与并
