《电子产品设计》课件

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1、第四节电子产品的可靠性设计可靠性概念电子产品的可靠性是指它的有效工作寿命。即它能够完成某一特定功能的时间。（也可定义为产品在规定的时间内，按规定的条件，完成规定功能的能力。）规定的时间：规定的条件：规定功能：电子产品可靠性设计的涉及面非常广泛。它涉及到产品的可靠性模型，可靠度和维修的要求，预计和分配，可靠性费用设计和各种保证产品可靠性的技术措施。下面主要介绍产品可靠性设计的指导思想和基本原则。1.简化的设计方案从产品可靠性的角度来看，产品愈复杂，所用的元器件愈多，则产品的可靠性就越低。例如元器件的可靠性为0．995时（平均数），具有10个元器件的设备，

2、其可靠性为0．96；而具有100个元器件的设备，其可靠性只有0．60。因此，在满足产品性能要求的前提下，尽量简化设计方案，减少所用元器件数目，是提高产品可靠性的重要环节。同时也要尽量选用可靠性高的元器件。为了合理地实现简化，应充分注意下列原则：（1）合理确定指标和性能，避免盲目追求高性能和高指标。（2）综合利用硬件与软件的功能，充分发挥软件的功能，以减少硬件的数量。（3）尽量采用经过优化设计和实际考验的标准电路单元。（4）积极慎重地采用新技术、新器件。（5）对数字逻辑电路要进行简化设计。（6）尽可能采用集成度较高的集成电路。（7）尽可能采用数

3、字电路来代替线性电路。2.兼顾可靠性与经济性可靠性与经济性两者间必须合理兼顾。为了提高产品的可靠性，就要在材料、工艺、设备和管理等方面采取相应措施，这将导致生产和科研费用的增加，但使用维修费用却随着可靠性提高而降低，因而总的费用却不一定增加。如果可靠性指标定得适当，总费用可达最低水平。反之，若可靠性指标低，就必须增大使用和维修费用，总费用仍有可能增加，使经济遭受损失。3.提高元器件的可靠性元器件可靠性通常是用失效率来表征的。实践发现，普通元器件和半导体元器件的失效规律有相同之处，但也不完全相同。了解元器件的失效规律，对于正确使用元器件，从而提高产品的可

4、靠性是很有益的。（1）元器件的失效规律①对于阻容元件、继电器等普通元器件来说，发现它们有相似的失效规律，右图表示了典型元器件的失效率与工作时间的关系。这条关系曲线就是通常所说的马鞍形曲线或浴盆曲线，它划分为三个阶段：早期失效期：由设计、制造上的缺陷等原因而造成的失效叫早期失效，发生早期失效的期间叫早期失效期。其特点是失效率较高，但随着元器件工作时间的增加而失效率迅速降低。通过对原材料和生产工艺加强检验和质量控制，可以大大减少早期失效比例。在生产中对元器件进行筛选老化，可使其早期失效大大降低，以保证筛选后的元器有较低的失效率。偶然失效期：产品因偶然因素引

5、起的失效叫偶然失效。产品在早期失效之后，失效主要表现为偶然失效的时期叫偶然失效期，也称随机失效期。其特点是失效率低而基本稳定，可以认为失效率是一个常数，与时间无关。失效是随机性质的。偶然失效期时间较长，是元器件的使用寿命期，研究这一段失效意义最大。耗损失效期：产品在使用的后期，由于老化、疲劳、耗损等原因引起的失效叫耗损失效。主要发生耗损失效的时期叫耗损失效期，又叫老化失效期。其特点是失效率随时间迅速增加。到了这个时期，大部分元器件都开始失效，产品迅速报废。在电子设备中，所有的元器件和组件都不能工作于耗损失效期。②对半导体器件而言，它的寿命长、稳定可靠，所

6、以其失效特性有特殊的地方，如图所示。早期失效和一般元件相同，失效率随时间增加迅速下降。失效原因通常是由于原材料缺陷和工艺因素所引起。在偶然失效期，失效率低且随时间递减。这一时期失效率近似为一常数，是半导体器件最好的工作时期。半导体器件没有耗损失效期，这是其特殊性所在。类似半导体器件失效规律的电子元器件还有固体钽电解电容器，它的结构和特性类似于半导体二极管。（2）元器件的可靠性：一般元器件的可靠性通常用失效率表示。由于元器件都工作在偶然失效期，其失效率为常数。失效率λ(t)与可靠度R(t)之间的关系为上式说明了正常工作概率（可靠度）在时间上是按指数衰减的。

7、当产品的工作时间等于产品平均正常工作时间（平均寿命）时，产品的可靠度约为0．37。因此，要获得较高的可靠度，产品的工作时间应远小于产品的平均寿命，也就是工作时间越短其可靠性越高。电子元器件失效率数据，可以通过对它的可靠性试验求得：λ=失效数／运用总数×运用时间元器件失效率参数λ由生产厂家提供，应按照电子产品的可靠性要求和成本控制要求等选择使用。下表为元器件实际失效率元器件失效率（1/h）元器件失效率（1/h）半导体器件开关晶体管4．1×10-9电阻器固定碳膜电阻器1．4×10-9双极晶体管4．1×10-8固定电阻器4×10-9功率晶体管1．6×10-

8、8可变碳膜电阻器2．1×10-9单结晶体管8．3×10-8可变电阻器2．7×10