电子产品可靠性设计相关知识(ppt 21页)

失效率：工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位 时间内失效的概率，记λ（t）。
其基本单位为菲特（1菲特=10-9 / 小时）。
一般电子产品的失效分布均符合指数分布，其λ（t） 为一浴盆曲线。
λ（t）的浴盆曲线。
λ（t）
0 早期失效
偶然失效
t 耗损失效
浴盆曲线表明产品失效分为三个阶段
早期失效：由于设计不完善、制造过程的缺陷、 管理不善、检验疏忽等造成的失效。
为确定产品的可靠性特征量是否达到所要 求的数值而进行的试验。
加速试验： 为缩短试验时间，在不改变失效机理的条
件下，用加大应力的方法进行的试验。
（二）可靠性设计
意义：可靠性设计奠定产品可靠性的基础，制造保 证产品的可靠性，使用保持产品的可靠性。但制 造和使用中许多问题也是设计的内容。
要求：可靠性、稳定性、安全性、操作性、维修性 和经济型。
电子产品可靠性设计知识
（一）主要名词术语
• 可靠性： 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能 的能力。
• 失效：产品丧失规定功能。对可修复产品，通常称故障。
• 可靠性特征量：用来表示可靠性高低的各种数量指标。
平均寿命：对不可修复产品，是指其失效前的平均工作时 间；对可修复产品，是指其相邻两故障间的工作时间，也 称平均无故障工作时间（MTBF）。
市场调查
可靠性设计程序
总体设计
可靠性预计及分配
元器 件选 择及 降额
结 构 设 计
热 设 计
漂 移 设 计
抗干扰 及
暂态保 护设计
工 艺 设 计
安 全 设 计
人机 系统 设计
可靠性 设计审 查及价 值分析
环 境 试 验
鉴 定 试 验
试生产 和
试销售
一．可靠性预计：从各子系统、部件、元器件的现实可
0.060
0.240
0.020
0.020
0.120
0.120
0.100
0.100
0.050
0.050
0.050
0.050
0.020
0.040
0.005
0.025
0.002
0.008
0.002
0.014
0.050
0.050
0.005
0.005
0.005
0.005
0.677
三。元器件：
1．按“可靠性第一，性能第二”来简化系统及电路，减 少元器件数量。
靠性指标来综合预计出系统可能达到的可靠性水平。
1．目的：1）发现系统的薄弱环节。
2）进行各设计方案的比较。
3）作为可靠性分配的根据。
2．根据：
1）元器件的现场失效率λ ：通过整机高温负荷老化、 高温、负荷可靠性试验、月早期返修及年累计返修统计数 据等求得：λ＝ r / m n t （其中r为该元器件的失效数、m 为收集的整机台数、 n为 某元器件的单机用量、t为平均工 作时间）
原则：
1）尽量采用经过验证确实能提高可靠性的新技术、 新结构、新器件和新工艺。
2）尽量简化电路和机械结构。 3）尽量减少元器件、连线、接点及接插件数量。 4）尽量采用可靠性高的标准电路和结构件。
可靠性计算方法：
一般电子产品的可靠性模型为串联模型，且一般电子 元器件和整机的失效为指数分布。可用“失效代数和法” 计算，即系统失效率为各单元电路元器件、结构件、装 配及调整等的失效率总和：
λ s ＝ Σ Ni λi
其中λi 为系统中第i种的失效率
（i = 1，2，…，n），Ni 为该种的单机用量。
则系统可靠性可计算为：
MTBFs ＝ 1 / (1+α ) D k λs
其中 α为补偿系数（一般取0.1）， D为鉴别比 （民用 品一般取3），k为环境因子（实验室取0.5 ~ 1、室内家 用电器1 ~ 10、野外地面固定设备3 ~ 8、船舶10 ~ 18、 地面移动设备13 ~ 30、飞机50 ~ 80）。
0.140
0.140
0.750
0.750
0.670
0.670
0.520
0.520
0.090
0.090
250
0.015
0.060
0.010
0.070
0.270
0.270
0.270
0.270
0.024
0.024
5.634
分配值
λ ( 10-5 / h ) n λ ( 10-5 / h )
其λ（t）随工作时间的增加而快速下降。 偶然失效：产品由于应力条件不可预测的偶然变 化造成的失效。
其λ（t）＝λ为一恒定值。 耗损失效：产品由于老化、磨损、损耗、疲劳等 原因而发生的失效。
产品的正常使用应处于偶然失效期。
可靠性测定试验：
为确定产品的可靠性特征量的数值而进行 的试验。 可靠性验证试验：
2）基本失效率λ0：指正常寿命期间的失效率或在试验 室额定条件下试验得到的失效率。通常元器件的λ0为常数 （半导体器件的λ0随时间增长而缓慢下降）。
二。可靠性分配：
当可靠性预计值达不到要求的可靠性指标时， 需进行可靠性分配，即将系统的目标可靠性指 标合理分配到系统的各组成单元及各元器件。
1） 由可靠性预计得出预计的失效率λ预计。
元器件 名称 整流二极管 稳压二极管 大功率三极管 中功率三极管 小功率三极管 电源变压器 保险丝 电解电容器 电容器 电阻 可调电阻 电源开关 接插件
合计
数量 4 1 1 1 1 1 2 5 4 7 1 1 1
预计值
λ ( 10-5 / h ) n λ ( 10-5 / h )
0.580
2.320
6）降温使用。 3．压缩元器件的品种和规格。
四．热设计：
1。防热措施。 元器件的选用及安装排列好坏是关键。
2。散热措施。 • 加强外壳的散热，采用导热系数较高的材料、
减薄壁厚。
• 合理设计外壳的通风结构，加强对流，进、出 风口原则上应开在温升最大处，注意防止二者间 有气流障碍或气流短路结构。
2．合理选择应用元器件： 1）按加于元器件的电应力（电压、电流、功率、频 率、 脉宽等）性质与大小来选用。
2）按环境应力（温度、湿度等）来选用。 3）按电磁兼容性要求选择元器件。从限制干扰电平 和减少干扰耦合两方面来考虑 。 4）集成化设计。优先采用IC。
5）降额使用（减额设计）。 降额比S＝使用电应力 / 额定电应力
2） 由整机规定的可靠性指标计算出整机允许 的总失效率λ允许。
3） 求出失效率差值λ差 ＝ λ预计 － λ允许 。并根 据各电路单元失效率的比例、重要性及实现的 可能性将失效率差值分配到各电路单元和元器 件。
4） 将各电路单元失效率的预计值减去分配的 差值求得各电路单元失效率的分配值。
例：某产品中电源单元可靠性预计与分配表