摘要：文中给出了产品可靠性的定义及衡量可靠性的常见指标。提出了电子产品可靠性设计一般应遵循的原则。并重点介绍了降额设计、热设计、冗余设计、电磁兼容性设计、漂移设计和互连可靠性设计等多种电子产品可靠性设计的技术方法。
    关键词：可靠性 设计技术 设计原则
1 引言
可靠性是指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。任何产品不论是机械、电子,还是机电一体化产品都有一定的可靠性,产品的可靠性与实验、设计和产品的维护有着极大的关系。
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;另外还有有效度A(t)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1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;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;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。这就是可靠性特征曲线逞“浴盆曲线”型的原因。
可靠性设计涉及概率论、布尔代数、图论、集合论、优化论等方面。本文将对电子产品的可靠性设计技术进行探讨。
电子产品的可靠性设计需要注意以下基本准确：
●产品结构和电路应尽量简便。
●尽量选用成熟的结构和典型的电路。
●结构要简单化、积木化、插件化。
●如采用新电路,应注意标准化。
●采用新技术要充分注意继承性。
●尽量采用数字电路。
●尽量采用集成电路。
●逻辑电路要进行简化设计。
●对性能指标、可靠性指标要综合考虑。
●应尽量采用传统工艺和习惯的操作方法。
●应不断采用新的可靠性设计技术。
在电子产品中,常采用的可靠性设计技术包括元器件的降额设计、冗余化设计、热设计、电磁兼容设计、维修性设计、漂移设计、容错设计与故障弱化设计等,有些还包括软件的可靠性设计。下面对这些主要的设计技术进行介绍。
2 可靠性设计技术
2.1 降额设计
所谓降额设计,就是使元器件运用于比额定值低的应力状态的一种设计技术。为了提高元器件的使用可靠性以及延长产品的寿命,必须有意识地降低施加在器件上的工作应力（如：电、热、机械应力等）,降额的条件及降额的量值必须综合确定,以保证电路既能可靠地工作,又能保持其所需的性能。降额的措施也随元器件类型的不同而有不同的规定,如电阻降额是降低其使用功率与额定功率之比;电容降额是使工作电压低于额定电压;半导体分立器件降额是使功耗低于额定值;接触元件则必须降低张力、扭力、温度和降低其它与特殊应用有关的限制。
电子元器件的降额,通常有一个最佳的降额范围,在这个范围内,元器件的工作应力的变化对其失效率有显著的影响,设计也易于实施,而且不需要设备的重量、体积、成本方面付出太大的代价。因此,应根据元器件的具体应用情况来确定适当的降额水平。因为若降额不够则元器件的失效率会比较大,不能达到可靠性要求;反之,降额过度,将使设备的设计发生困难,并将在设备的重量、体积、成本方面付出较大的代价,还可能使元器件数量产生不必要的增加,这样反而会使设备可靠性下降。
降额的等级分为三个等级,分别称为Ⅰ级降额、Ⅱ级降额和Ⅲ级降额。
Ⅰ级降额是最大降额,超过它的更大降额,元器件的可靠性增长有限,而且使设计难以实现。Ⅰ级降额适用于下述情况：设备的失效将严重危害人员的生命安全,可能造成重大的经济损失,导致工作任务的失败,失败后无法维修或维修在经济上不合算等。
Ⅱ级降额指元器件在该范围内降额时,设备的可靠性增长是急剧的,且设备设计较Ⅰ级降额易于实现。Ⅱ级降额适用于设备的换效会使工作水平降级或需支付不合理的维修费用等场合。
Ⅲ级降额指元器件在该范围内降额时设备的可靠性增长效益最大,且在设备设计上实现困难最小,它适用于设备的失效对工作任务的完成影响小、不危及工作任务的完成或可迅速修复的情况。
2.2 热设计
由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高,这将使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此,热应力已经成为影响电子元器件失效率的一个最重要的因素。对于某些电路来说,可靠性几乎完全取决于热环境。所以,为了达到预期的可靠性目的,必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明：环境温度每提高10℃,元器件寿命约降低1/2。

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