涉及到电子产品可靠性问题，必须注意的事项

你是否曾遇到过手机死机的麻烦，电热水壶水沸腾后不能自动断电，电磁炉按键失灵怎么按都不关机的情况吗?这些都涉及到电子产品可靠性问题。

电子产品设计可靠性是指电子产品在规定的条件下，在给定的时间内执行所要求的功能不出现失效的概率。一旦产品研制成功后，一般就认为产品设计已经结束了。

产品可靠性更关注下一步会发生什么，如何能改变提高产品可靠性。提高产品可靠性是提高产品完好性和工作成功性，减少维修和寿命周期费用的重要途径，在产品研制过程中，深入开展可靠性工程，对提高产品可靠性具有十分重要的意义。

为什么除了基本性能，还要评价可靠性？

为什么一批产品基本性能都经测试合格,用一段时间后先会坏掉一部分?

为什么同一型号规格产品,基本性能值更高的,有时反而出现更多的坏品?

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那是因为基本性能并没有反映质量的全部,产品还有一个固有属性—可靠性!可靠性表示产品连续稳定工作的能力。产品基本性能直观表征静态质量合格与否，还不能反映产品质量的全貌、稳定性。

产品质量特性包括构成产品质量的一切外在的特征和内在的特性：

电子元件的基本性能指标高，其可靠性不一定高。如果产品可靠性低，即使其初始技术性能再好也得不到发挥。例如，陶瓷贴片电容器的介质击穿电压较高的产品，很可能在高温负载加速寿命试验中失效率较高。

可靠性可以综合反映产品的质量。电子元件的可靠性是电子设备可靠性的基础，要提高设备或系统的可靠性必须提高电子元件的可靠性。

可靠性是电子元件重要质量指标，须加以考核和检验。

如何衡量和评价电子产品的可靠性

衡量可靠性的指标很多,常见的有以下几种：

1、可靠度R（t），即产生在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率，亦称平均无故障时间MTBF；

2、均维修时间MTTR，是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间；

3、失效率λ（t），是指产品在规定的使用条件下使用到时刻t后,产品失效的概率；

4、有效度A(t)，指产品能正常工作或在发生故障后在规定里能修复，而不影响正常生产的概率大小等。

产品的可靠性变化一般都有一定的规律，其特征曲线如图所示，由于其形状象浴盆，通常称之为“浴盆曲线”。

在实验和设计初期，由于产品设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高，随着调试、排除故障的进行，产品运转逐渐正常，故障发生率逐步下降。

通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等，使产品进入稳定的偶然失效期。这时产品已经稳定，操作工人已逐步掌握了产的性能、原理和调整的特点，故障明显减少，产品进入正常运行阶段。

在这一阶段所发生的故障，一般是由于维护不当、使用不当、工作条件（负荷、温度、环境等）劣化等原因，或者由于材料缺陷、控制失灵、结构不合理等设计、制造上存在的问题所致。

使用一般时间后，由于器件耗损、整机老化以及维护等原因，产品进入了耗损失效期。

随着使用时间延长，各元器件因磨损、腐蚀、疲劳、材料老化等逐渐加剧而失效，致使产品故障增多，效能下降，为排除故障所需时间和排除故障的难度都逐渐增加，维修费用上升。

这时应采取不同形式的检修、或进行技术改造，才能恢复效能。如果继续使用，就可能造成事故。

这就是可靠性特征曲线呈“浴盆曲线”型的原因。

影响电子元器件可靠性的因素

1、设计不合理

根据元器件失效分析统计情况，电子元器件的失效，不仅仅是电子元器件本身的品质问题，还有些是由于设计不合理引起的。

例如：某产品在调试过程中发现晶振振荡不稳定，开始以为晶振本身有问题，对其进行更换后问题依然存在。

由于晶振比较简单，只有供电电压和地，所以用示波器对其供电电压进行测试，发现其上的纹波比较大，然后给供电电压增加一个对地0.1μF的滤波电容，故障消失，这就是因为电路设计抗干扰的能力不够，导致晶振无法正常输出。

2、人为因素 

元器件在运输、检验、安装等情况下，都可以导致元器件的失效。电子元器件在运输中和在车辆的应用中受到的振动、冲击、碰撞等机械应力；在印刷电路板焊接时的过热现象；在开关打开或关闭时产生的浪涌电压；发动机产生的噪声；干燥环境下的静电影响；生产场地周围的电磁场；以及印刷电路板焊接完后，清洁工作中产生的超声振动等因素。

据《可靠性与质量信息》统计：各种不合理使用及人为损坏元器件造成的失效比例，在整个元器件失效比例中约占57.6%。

比如一般在阅读器件的使用手册pdf时，凡有ESD CAUTION提示的，一般包括CMOS、电路、场效应管都必须注意静电防护，否则很容易击穿元器件。

所以这些元器件在使用的过程中，必须具有严格的防静电措施，如配备防静电服，手套和胶皮等，同时在人工用电烙铁进行印制板焊接时，必须保证电烙铁的良好接地，必要时对装配工要佩戴防静电手镯，防止元器件被静电击穿，人为因素导致器件失效。

产品设计者、制造者及使用者形成能发挥其潜在功能的环境，如果能提供良好的工作环境，造成良好昀心理反映和思想意识，就可达到良好设计、优质制造、可靠操作，保证设备良好运转并可靠使用，使电子元器件的可靠性达到规定要求。

3、自然环境因素

自然环境条件严重影响产品的可靠性，给国民经济造成重大损失。

据美国国家标准局近年的调查，由于腐蚀使美国每年的损失相当于国民生产总值的4%，这比美国每年的水灾、风灾、雷击和地震等自然灾害所造成的损失的总和还要严重。

美国曾经对机载电子设备全年的故障进行剖析，发现故障的原因如下：50%以上的故障是由各种环境所致，而温度、振动、湿度等3项环境造成电子设备43. 58%的故障率，其中由温度引起的故障占22. 2%，由振动引起的故障占11. 38%，由潮湿引起的故障占10%‘5]，所以温度、振动、湿度等环境条件对电子设备及设备中电子元器件的影响必须引起足够的重视。

4、其它因素

除了由于自然环境和人为失误引起的物理应力外，电子元器件制造设备或系统的操作条件也可影响到电子元器件的可靠性。

例如，在高额定电压下操作可能导致设备损坏；在低于额定电压下操作可能导致设备故障；或由于没有遵守设备的时限操作规定而导致的故障或损坏等都是影响电子元器件可靠性的因素。

影响电子元器件可靠性的环境有单个因素和组合因素两种形式，实际上，组合环境对可靠性的危害要比单个环境的影响更大，例如温度和湿度的并存作用往往是引起电子元器件腐蚀的主要原因。

在确定电子元器件设计特性时，应清楚了解各类环境因素、组合效应以及它们对产品可靠性的影响程度是非常重要的。

设计方案或试验评价方案除了考虑使用单个环境因素外，还必须要考虑组合的环境因素影响，因为电子元器件在运输、使用过程中有可能处在某种组合环境下。

电子产品可靠性设计必须注意的事项

1、产品使用因素

温度、湿度、振动、腐蚀、污染、产品可能承受的压力、服务的严酷度、静电释放环境、射频干扰、吞吐量并使其特征、应力强度分析等等这些都是产品使用的因素，必须考察。

2、设计失效模式分析

就实际情况而言，了解失效的潜在原因是防止失效的根本原因所在，要预知所有这些原因几乎是不切实际的，所以还必须细考虑到所涉及的不确定性。

在设计、开发制造和服务过程中，可靠性工程方面的努力应该注重所有“可预计”和“可能未预计”的失效原因。以确保防止发生失效或使发生失效的概率最小。

3、失效模式和影响分析

失效模式和影响分析是指对系统进行分析，以识别潜在失效模式、失效原因及对系统性能(包括组件、系统或者过程的性能)影响的系统化程序。此项分析应尽可能在开发周期的早期阶段成功进行，以获得消除或减少失效模式的最佳效费比。

失效模式和影响分析可描述为一组系统化的活动。目的是发现和评价产品过程中潜在的失效及后果;找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。它是对设计过程的更加完善化，以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客的需要。

4、容差和最差案例分析

使用各种数学计算分析技术(如总和平方根、极值分析和统计公差)以使影响可靠性的变差特性化。主要分析产品的组成部分在规定的使用范围内，其参数偏差和寄生参数对性能容差的影响，并根据分析结果提出相应的改进措施。

电路容差分析工作应用在产品详细设计阶段，已经具备了电路的详细设计资料后完成。电路性能参数发生变化的主要表现有性能不稳定，参数发生漂移，退化等，造成这种现象的原因有组成电路零部件参数存在公差，环境条件的变化产生参数漂移，退化效应。设计过程中要分析电路上下限工作条件，

5、最坏情况分析法

最坏情况分析法是分析电路组成部分参数最坏组合情况下的电路性能参数偏差的一种非概率统计方法。它利用已知零部件参数的变化极限来预计系统性能参数变化是否超过了允许范围。最坏情况分析法可以预测某个系统是否发生漂移故障，并提供改进方向，该方法简便，直观。但分析的结果偏于保守。

电子产品可靠性设计内容

在产品设计过程中，为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动。可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分，是实现产品固有可靠性要求的最关键的环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的 。

在产品研制过程中，常用的可靠性设计原则和方法有：元器件选择和控制、热设计、简化设计、降额设计、冗余和容错设计、环境防护设计、健壮设计和人为因素设计等。除了元器件选择和控制、热设计主要用于电子产品的可靠性设计外，其余的设计原则及方法均适用于电子产品和机械产品的可靠性设计。

电子产品可靠性设计中的几大误区

误区1、产品故障=产品不可靠

产品出现问题，有时候并不是研发的问题，曾经有案例，面向国内中等以上发达地区的设备，因为在国内用的不错，所以出口到了哥伦比亚，但在那里频频故障，故障的原因在于中国中国大陆中等以上发达地区的海拔都比较低，所以高海拔地区，设备的气密性受到了挑战，设备内外压差增大泄露率增加。

项目立项时只考虑了低海拔，所以人家的设计是没问题的，谁决策了拿这个型号出口哥伦比亚，他才是罪魁祸首。产品可靠性是“规定的时间、规定的条件下，完成规定功能的能力”。使用现场的条件常常超过了规定的条件，而这个超出很大可能是隐含的。

误区2、过渡过程=稳态过程

《一条影响着产品可靠性和社会和谐的曲线》介绍很能说明此图的内容。

误区3、降额很容易做到，没啥问题

降额谁都会，如画画，谁都会，但不是谁都能靠画画生存。

1. 同功能、但不同工艺的器件降额系数不同。

2. 可调器件和定值器件降额系数不同。

3. 负载不同，降额系数不同。

4. 同规格导线在多匝和单匝应用时降额系数不同。

5. 部分参数不可降额。

6. 结温降额不可遗漏。

误区4、器件可放心使用

器件损坏为何常被称之为“烧”?原因就是器件失效大都是热失效，另外，器件环境温度≠整机环境温度，器件环境受到机箱内其他器件散热的影响，一般器件环境温度比整机环境温度要高。

误区5、电子可靠性跟机械、软件专业无关

安装、布线、布局、喷涂的处理都会影响电气性能；电磁兼容、虚焊、散热、振动噪声、腐蚀、接地都和结构有关；软件的防错、判错、纠错、容错处理措施可避免机械和电子缺陷问题。

误区6、器件很简单，Datasheet有无无所谓

做设计时一定要拿到所有器件的Datasheet，然后阅读其上的所有图形图表和参数，最后实在设计上和这些曲线建立联系。设计时需要谨慎确认该器件在我们电路中的静态工作点。

误区7、可维修性跟我无关

电子产品可靠性工作的目的是什么?是赚钱。赚钱靠什么?开源和节流，开源难，节流易，不要总想着从材料费上省，材料费省了，维修费高了，从早死换成了晚死，早晚还是死。最好的方式就是重视可维修性，省掉这部分费用。这是货真价实的利润。

误区8、制程控制不好是没有好的工艺人员

制程控制不好不仅仅是工艺人员的问题，这是一条价值链的建设过程。设计工程师对器件的要求、采购工程师的厂家选择、检验环节的控制内容应该设计上对器件关键指标的部分、检测方法不应引入元器件的失效机理和损伤、装配环节也不应引入损伤(波峰焊炉温控制，手工焊接台面的防静电处理等)、出厂检验环节应该检查器件参数漂移可能会导致产品故障的部分内容、维修环节不应引入失效。

由上可以看出，出现问题哪是区区两位工艺工程师能保证得了的。所以总结出具体的做法是建立一致性，一致性的前提是设计人员提供充分、有主次的技术信息，工艺仅仅是依据设计图纸和设计文件来保障制造可靠性无限逼近于设计可靠性。

误区9、MTBF值与单台具体机器的故障率的关系

MTBF是宏观、统计的概念，单台机器故障是微观、具体的概念。客户最喜欢问一个问题“你这个产品的MTBF值是10000小时，那我买你的这一台是不是10000h内就不会出现问题?”这是一个关公战秦琼谁更厉害的概念。

误区10、加强测试就可解决可靠性问题

此问题既然能名列十大误区之一，其定义自然是错误的。

总结有三：

1、 有些问题通过模拟测试实验根本测不出来。

2、 测试手段=工程计算+规范审查+模拟试验+电子仿真。

3、 通过温度加强试验的结果计算不出对应的低温工作时间。

电子产品设计成型后，还必须对产品进行可靠性试验，产品可靠性试验是激发潜在失效模式，提出改进措施，确定项目或系统是否满足预先制定的可靠性要求的必须步骤。