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1、Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,1,电子产品可靠性设计,刘东升,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,2,电子产品的可靠性 电子产品可靠性设计 电子产品设计方案的可靠性选择 电子元器件的选择与使用(GJB546-88，电子元器件可靠性保证大纲 ) 降额设计(GJB/Z35-93，元器件降额准则 ) 热分析热设计(GJBZ27-92，电子设备可靠性热设计手册 ) 简化设计 余度设计 参数优化设计 元器件的筛选(GJB1032-9
2、0，电子产品环境应力筛选方法 ) 失效分析简介,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,3,可靠性问题的提出,二战中美国武器故障引出可靠性问题的研究 1957年电子设备可靠性咨询组(AGREE)发表军用电子设备可靠性研究报告，标志着可靠性已经成为一门独立的学科。 我国对可靠性问题的重视,电子产品的可靠性,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,4,可靠性的定义,1）单个元件的单位时间故障率,电子产品的可靠性,系统及其组成部分在无故障、无
3、退化或对保障系统无要求的情况下执行其功能的能力。- 美国国防部1991,产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 - GJB451A,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,5,2)平均无故障时间（MTBF , Mean Time Between Failures ） MTBF = 1/,例1： 某电子系统含有1块PCB, 小规模集成电路 2个，中规模IC 4个, 大规模IC 16个，1个超大规模IC,电阻10个，电容24个，1个50脚连接器，求其MTBF为多少。 = 1000+29041601625
4、05001010 2415 = 7280 FIT = 7280 个故障/109小时 MTBF = 1/ = 15.6 年,电子产品的可靠性,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,6,1）元器件的生命周期,故障率,t,夭折期,衰退期,正常工作寿命,图1 电子元件故障曲线-浴缸曲线,温度每升高10C0,IC的故障率大约翻一倍。,怎样保证电子产品的可靠性,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,7,2）可靠性保证始于设计 可靠性观念（零故障
5、还是可维修） 方案选择、元件选择和设计优化 系统结构选择（热设计、EMC和支撑保护等方面）,3）可靠性与经济性的合理折中 合理的可靠性（鼠标有效寿命的确定） 可靠性与市场价格的合理折中,4）出厂前的老化 根据具体产品的特性确定老化的规范 有的产品出厂前老化200小时，可将90%故障暴露出来,电子产品的可靠性,返回,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,8,1）尽可能采用优选电路 优选电路的来源（标准的电路模块、成熟的新技术，验证过的借鉴产品） 优选电路的应用（接口、仿真、验证）,2）对于设计方案进行创新性优选优化
6、以提高可靠性 6sigma(DMAIC)-DMADV(+TRIZ)-C,3）可靠性预计(GJB/Z 299C-2006)和可靠性分配 可靠性预计（由单元求系统可靠度）数学模型法、上下限法、蒙特卡洛法 可靠性分配（由系统求单元可靠度）等分配、预计值、阿林斯、代数分配,电子产品设计方案的可靠性选择,返回,4）设计方案的各种分析 必要的保护电路和潜在电路、最坏情况、电路漂移、瞬态、过渡过程分析 FMECA实例：电容式传感器系统,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,9,电子元器件的选择与使用,电子元器件的选择与正确使用
7、 电子元器件的质量等级 元器件的选择控制 目的 原则 管理 元器件的正确使用,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,10,电子元器件的选择与正确使用,电子元器件是电子、电气系统的基础产品，是能够完成预定功能而不能再分割的电路基本单元，其自身的可靠性是十分重要的； 设计人员注重元器件的功能与性能，不关心其“质量等级”； 元器件的采购缺乏“质量等级”概念“，渠道不畅、不稳； 元器件的使用：近一半的元器件失效并非由于元器件本身的固有可靠性不高，而是由于使用者对元器件选择不当或使用有误。,返回,Oct/9/2009 20
8、19/5/25,Electronic Products Reliability Design,11,质量等级：是指元器件装机使用之前，在制造、试验及筛选过程中其质量的控制等级。 它对元器件的失效率有很大的影响。 目前，预计国外、国内元器件失效率时，用质量系数Q作为不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。,国外电子元器件的质量等级,电子元器件的质量等级,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,12,电子元器件的质量等级,半导体集成电路质量系数等级,国内元器件的质量等级,返回,Oct/9/2009 2019/5/
9、25,Electronic Products Reliability Design,13,元器件的选择与控制,目的 保证元器件的性能、质量等应满足产品要求； 保证畅通的采购渠道、稳定的货源； 减少品种； 降低采购费用； 正确的使用。 选择控制的总原则 元器件的技术性能、质量等级、使用条件等应满足产品要求； 优先选用经实践证明质量稳定、可靠性高、有发展前途且供应渠道可靠的标准元器件； 在产品设计时，应最大限度地压缩元器件的品种、规格及其生产厂点； 要严格控制新研元器件的使用。,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,
10、14,元器件的选择与控制,元器件的控制大纲 建立元器件控制机构 建立控制方案 控制策略：全面、重点，即广度与深度 控制元器件的名称与种类 规定选用的顺序 元器件优选清单(PPL) QPL：Qualified Product List 经过质量鉴定合格的元器件清单(合格元器件清单) PPL：Preferred Parts List 优选元器件品清单 制定降额准则、热设计准则及其他使用指南 元器件筛选 对转承制方的元器件选用要求及控制 对选用非优选元器件的控制程序,继续,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,15,P
11、PL清单,优选清单格式,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,16,返 回,QPL清单,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,17,元器件的选择与控制,国产电子元器件的优选顺序 按国家标准（GB）、国家军用标准（GJB）、“七专”技术条件（QZJ）、电子工业部标准（SJ）执行 “七专”产品 推荐品种 保留品种 适用品种 国外电子元器件的优选 国外已形成了一系列的军用标准和规范 国外元器件质量等级、命名标志及选购指南 问题 忽视检测
12、概念模糊，选择不当：“军用温度范围”当“军品” 要求不明，采购不当 渠道混乱，受骗上当,返回,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,18,元器件的正确使用,使用中存在的问题 对元器件的性能掌握不够。 测试不当或测量仪器接地不当而烧毁电路。 调机不当，造成损伤 静电损伤值得注意 措施 使用中的降额设计 热设计 抗辐射设计 防静电设计 操作过程中的问题 储存与保管的问题,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,19,元器件的正确使用,抗辐
13、射设计 航天器中使用的元器件：外空间的各种辐射 核爆炸环境：高能中子和射线 防静电设计 制造过程(人的静电防护) 储存 运输过程 操作过程中的问题 安装的机械损伤 储存与保管的问题 存储环境,返回,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,20,降额设计,降额设计概念与目的 降额设计就是使元器件或设备工作时承受的工作应力适当降低于元器件或设备的额定值； 降低基本故障率、提高使用可靠性的目的（例子：陶瓷电源）； 降额主要因素：电应力和温度 降额设计的关键：降额的程度与效果； 降额等级 级降额：最大适用于故障危及安全、导
14、致任务失败 和造成重大经济损失的情况； 级降额：适用于故障使任务降级和增加不合理的维修费用； 级降额：适用于故障对任务完成影响很小和少量的维修。 降额设计原则 降额准则的制定与实施,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,21,降额准则说明,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,22,降额设计原则,降额设计原则 各类元器件均有一个最佳的降额范围，在此范围内应力变化对其故障率影响较大。过度的降额也不可取，增加元器件的数量；降额到一定程度
15、后，可靠性的提高是很微小的；过度降额反而有害：大功率晶体管在小电流下，大大降低放大系数而且参数稳定性降低；继电器的线包电流不仅不能降低，反而应在额定值之上，否则影响可靠的接触； 电应力降额容易，对温度降额，主要依靠热设计； 降额提高可靠性，但要综合考虑可靠性、体积、重量和费用等问题； 根据设计、可靠性等的需要进行，一般参照GJB/Z-35元器件降额准则。,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,23,降额准则的制定与实施,降额准则的制定 在工程型号中制定降额准则，指导降额设计； 参照GJB/Z-35制定降额准则 根
16、据可靠性需求、以往的经验或相似型号的降额准则确定 元器件的种类及其在不同重要性要求下的降额等级； 系统/分系统及其要求的降额等级； 确定具体的参数应力； 编制降额准则初稿； 广泛征求意见，修改降额准则初稿； 确定正式的“降额准则”；,Oct/9/2009 2019/5/25,Electronic Products Reliability Design,24,降额准则的制定与实施,可靠性设计准则的实施 将准则作为规范文件下发执行； 设计人员学习，熟悉准则； 对照与自己设计部分相关的准则，进行设计，确定参数的应力值； 设计人员自查其设计对准则的“符合性”： 不符合的条款，说明理由“为什么不符合”，并报上一级设计主管； 编制准则符合性报告； 与可靠性预计相结合； 组织专家评审，进行“符合性”检查； 对“不符合”的条款，根据其对可靠性影响的程度，决策处理。,返回,Oct/9/200
