你是否曾遇到過手機死機的麻煩，電熱水壺水沸騰后不能自動斷電，電磁爐按鍵失靈怎么按都不關機的情況嗎?這些都涉及到電子產品可靠性問題。

電子產品設計可靠性是指電子產品在規(guī)定的條件下，在給定的時間內執(zhí)行所要求的功能不出現失效的概率。一旦產品研制成功后，一般就認為產品設計已經結束了。

產品可靠性更關注下一步會發(fā)生什么，如何能改變提高產品可靠性。提高產品可靠性是提高產品完好性和工作成功性，減少維修和壽命周期費用的重要途徑，在產品研制過程中，深入開展可靠性工程，對提高產品可靠性具有十分重要的意義。

為什么除了基本性能，還要評價可靠性？

為什么一批產品基本性能都經測試合格,用一段時間后先會壞掉一部分?

為什么同一型號規(guī)格產品,基本性能值更高的,有時反而出現更多的壞品?

......

那是因為基本性能并沒有反映質量的全部,產品還有一個固有屬性—可靠性!可靠性表示產品連續(xù)穩(wěn)定工作的能力。產品基本性能直觀表征靜態(tài)質量合格與否，還不能反映產品質量的全貌、穩(wěn)定性。

產品質量特性包括構成產品質量的一切外在的特征和內在的特性：

電子元件的基本性能指標高，其可靠性不一定高。如果產品可靠性低，即使其初始技術性能再好也得不到發(fā)揮。例如，陶瓷貼片電容器的介質擊穿電壓較高的產品，很可能在高溫負載加速壽命試驗中失效率較高。

可靠性可以綜合反映產品的質量。電子元件的可靠性是電子設備可靠性的基礎，要提高設備或系統(tǒng)的可靠性必須提高電子元件的可靠性。

可靠性是電子元件重要質量指標，須加以考核和檢驗。

如何衡量和評價電子產品的可靠性

衡量可靠性的指標很多,常見的有以下幾種：

1、可靠度R（t），即產生在規(guī)定條件下、規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率，亦稱平均無故障時間MTBF；

2、均維修時間MTTR，是指產品從發(fā)現故障到恢復規(guī)定功能所需要的時間；

3、失效率λ（t），是指產品在規(guī)定的使用條件下使用到時刻t后,產品失效的概率；

4、有效度A(t)，指產品能正常工作或在發(fā)生故障后在規(guī)定里能修復，而不影響正常生產的概率大小等。

產品的可靠性變化一般都有一定的規(guī)律，其特征曲線如圖所示，由于其形狀象浴盆，通常稱之為“浴盆曲線”。

在實驗和設計初期，由于產品設計制造中的錯誤、軟件不完善以及元器件篩選不夠等原因而造成早期失效率高，隨著調試、排除故障的進行，產品運轉逐漸正常，故障發(fā)生率逐步下降。

通過修正設計、改進工藝、老化元器件、以及整機試驗等，使產品進入穩(wěn)定的偶然失效期。這時產品已經穩(wěn)定，操作工人已逐步掌握了產的性能、原理和調整的特點，故障明顯減少，產品進入正常運行階段。

在這一階段所發(fā)生的故障，一般是由于維護不當、使用不當、工作條件（負荷、溫度、環(huán)境等）劣化等原因，或者由于材料缺陷、控制失靈、結構不合理等設計、制造上存在的問題所致。

使用一般時間后，由于器件耗損、整機老化以及維護等原因，產品進入了耗損失效期。

隨著使用時間延長，各元器件因磨損、腐蝕、疲勞、材料老化等逐漸加劇而失效，致使產品故障增多，效能下降，為排除故障所需時間和排除故障的難度都逐漸增加，維修費用上升。

這時應采取不同形式的檢修、或進行技術改造，才能恢復效能。如果繼續(xù)使用，就可能造成事故。

這就是可靠性特征曲線呈“浴盆曲線”型的原因。

影響電子元器件可靠性的因素

1、設計不合理

根據元器件失效分析統(tǒng)計情況，電子元器件的失效，不僅僅是電子元器件本身的品質問題，還有些是由于設計不合理引起的。

例如：某產品在調試過程中發(fā)現晶振振蕩不穩(wěn)定，開始以為晶振本身有問題，對其進行更換后問題依然存在。

由于晶振比較簡單，只有供電電壓和地，所以用示波器對其供電電壓進行測試，發(fā)現其上的紋波比較大，然后給供電電壓增加一個對地0.1μF的濾波電容，故障消失，這就是因為電路設計抗干擾的能力不夠，導致晶振無法正常輸出。

2、人為因素

元器件在運輸、檢驗、安裝等情況下，都可以導致元器件的失效。電子元器件在運輸中和在車輛的應用中受到的振動、沖擊、碰撞等機械應力；在印刷電路板焊接時的過熱現象；在開關打開或關閉時產生的浪涌電壓；發(fā)動機產生的噪聲；干燥環(huán)境下的靜電影響；生產場地周圍的電磁場；以及印刷電路板焊接完后，清潔工作中產生的超聲振動等因素。

據《可靠性與質量信息》統(tǒng)計：各種不合理使用及人為損壞元器件造成的失效比例，在整個元器件失效比例中約占57.6%。

比如一般在閱讀器件的使用手冊pdf時，凡有ESD CAUTION提示的，一般包括CMOS、電路、場效應管都必須注意靜電防護，否則很容易擊穿元器件。

所以這些元器件在使用的過程中，必須具有嚴格的防靜電措施，如配備防靜電服，手套和膠皮等，同時在人工用電烙鐵進行印制板焊接時，必須保證電烙鐵的良好接地，必要時對裝配工要佩戴防靜電手鐲，防止元器件被靜電擊穿，人為因素導致器件失效。

產品設計者、制造者及使用者形成能發(fā)揮其潛在功能的環(huán)境，如果能提供良好的工作環(huán)境，造成良好昀心理反映和思想意識，就可達到良好設計、優(yōu)質制造、可靠操作，保證設備良好運轉并可靠使用，使電子元器件的可靠性達到規(guī)定要求。

3、自然環(huán)境因素

自然環(huán)境條件嚴重影響產品的可靠性，給國民經濟造成重大損失。

據美國國家標準局近年的調查，由于腐蝕使美國每年的損失相當于國民生產總值的4%，這比美國每年的水災、風災、雷擊和地震等自然災害所造成的損失的總和還要嚴重。

美國曾經對機載電子設備全年的故障進行剖析，發(fā)現故障的原因如下：50%以上的故障是由各種環(huán)境所致，而溫度、振動、濕度等3項環(huán)境造成電子設備43. 58%的故障率，其中由溫度引起的故障占22. 2%，由振動引起的故障占11. 38%，由潮濕引起的故障占10%‘5]，所以溫度、振動、濕度等環(huán)境條件對電子設備及設備中電子元器件的影響必須引起足夠的重視。

4、其它因素

除了由于自然環(huán)境和人為失誤引起的物理應力外，電子元器件制造設備或系統(tǒng)的操作條件也可影響到電子元器件的可靠性。

例如，在高額定電壓下操作可能導致設備損壞；在低于額定電壓下操作可能導致設備故障；或由于沒有遵守設備的時限操作規(guī)定而導致的故障或損壞等都是影響電子元器件可靠性的因素。

影響電子元器件可靠性的環(huán)境有單個因素和組合因素兩種形式，實際上，組合環(huán)境對可靠性的危害要比單個環(huán)境的影響更大，例如溫度和濕度的并存作用往往是引起電子元器件腐蝕的主要原因。

在確定電子元器件設計特性時，應清楚了解各類環(huán)境因素、組合效應以及它們對產品可靠性的影響程度是非常重要的。

設計方案或試驗評價方案除了考慮使用單個環(huán)境因素外，還必須要考慮組合的環(huán)境因素影響，因為電子元器件在運輸、使用過程中有可能處在某種組合環(huán)境下。

電子產品可靠性設計必須注意的事項

1、產品使用因素

溫度、濕度、振動、腐蝕、污染、產品可能承受的壓力、服務的嚴酷度、靜電釋放環(huán)境、射頻干擾、吞吐量并使其特征、應力強度分析等等這些都是產品使用的因素，必須考察。

2、設計失效模式分析

就實際情況而言，了解失效的潛在原因是防止失效的根本原因所在，要預知所有這些原因幾乎是不切實際的，所以還必須細考慮到所涉及的不確定性。

在設計、開發(fā)制造和服務過程中，可靠性工程方面的努力應該注重所有“可預計”和“可能未預計”的失效原因。以確保防止發(fā)生失效或使發(fā)生失效的概率最小。

3、失效模式和影響分析

失效模式和影響分析是指對系統(tǒng)進行分析，以識別潛在失效模式、失效原因及對系統(tǒng)性能(包括組件、系統(tǒng)或者過程的性能)影響的系統(tǒng)化程序。此項分析應盡可能在開發(fā)周期的早期階段成功進行，以獲得消除或減少失效模式的最佳效費比。

失效模式和影響分析可描述為一組系統(tǒng)化的活動。目的是發(fā)現和評價產品過程中潛在的失效及后果;找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施。它是對設計過程的更加完善化，以明確必須做什么樣的設計和過程才能滿足顧客的需要。

4、容差和最差案例分析

使用各種數學計算分析技術(如總和平方根、極值分析和統(tǒng)計公差)以使影響可靠性的變差特性化。主要分析產品的組成部分在規(guī)定的使用范圍內，其參數偏差和寄生參數對性能容差的影響，并根據分析結果提出相應的改進措施。

電路容差分析工作應用在產品詳細設計階段，已經具備了電路的詳細設計資料后完成。電路性能參數發(fā)生變化的主要表現有性能不穩(wěn)定，參數發(fā)生漂移，退化等，造成這種現象的原因有組成電路零部件參數存在公差，環(huán)境條件的變化產生參數漂移，退化效應。設計過程中要分析電路上下限工作條件，

5、最壞情況分析法

最壞情況分析法是分析電路組成部分參數最壞組合情況下的電路性能參數偏差的一種非概率統(tǒng)計方法。它利用已知零部件參數的變化極限來預計系統(tǒng)性能參數變化是否超過了允許范圍。最壞情況分析法可以預測某個系統(tǒng)是否發(fā)生漂移故障，并提供改進方向，該方法簡便，直觀。但分析的結果偏于保守。

電子產品可靠性設計內容

在產品設計過程中，為消除產品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術活動。可靠性設計是可靠性工程的重要組成部分，是實現產品固有可靠性要求的最關鍵的環(huán)節(jié)，是在可靠性分析的基礎上通過制定和貫徹可靠性設計準則來實現的 。

在產品研制過程中，常用的可靠性設計原則和方法有：元器件選擇和控制、熱設計、簡化設計、降額設計、冗余和容錯設計、環(huán)境防護設計、健壯設計和人為因素設計等。除了元器件選擇和控制、熱設計主要用于電子產品的可靠性設計外，其余的設計原則及方法均適用于電子產品和機械產品的可靠性設計。

電子產品可靠性設計中的幾大誤區(qū)

誤區(qū)1、產品故障=產品不可靠

產品出現問題，有時候并不是研發(fā)的問題，曾經有案例，面向國內中等以上發(fā)達地區(qū)的設備，因為在國內用的不錯，所以出口到了哥倫比亞，但在那里頻頻故障，故障的原因在于中國中國大陸中等以上發(fā)達地區(qū)的海拔都比較低，所以高海拔地區(qū)，設備的氣密性受到了挑戰(zhàn)，設備內外壓差增大泄露率增加。

項目立項時只考慮了低海拔，所以人家的設計是沒問題的，誰決策了拿這個型號出口哥倫比亞，他才是罪魁禍首。產品可靠性是“規(guī)定的時間、規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力”。使用現場的條件常常超過了規(guī)定的條件，而這個超出很大可能是隱含的。

誤區(qū)2、過渡過程=穩(wěn)態(tài)過程

《一條影響著產品可靠性和社會和諧的曲線》介紹很能說明此圖的內容。

誤區(qū)3、降額很容易做到，沒啥問題

降額誰都會，如畫畫，誰都會，但不是誰都能靠畫畫生存。

1. 同功能、但不同工藝的器件降額系數不同。

2. 可調器件和定值器件降額系數不同。

3. 負載不同，降額系數不同。

4. 同規(guī)格導線在多匝和單匝應用時降額系數不同。

5. 部分參數不可降額。

6. 結溫降額不可遺漏。

誤區(qū)4、器件可放心使用

器件損壞為何常被稱之為“燒”?原因就是器件失效大都是熱失效，另外，器件環(huán)境溫度≠整機環(huán)境溫度，器件環(huán)境受到機箱內其他器件散熱的影響，一般器件環(huán)境溫度比整機環(huán)境溫度要高。

誤區(qū)5、電子可靠性跟機械、軟件專業(yè)無關

安裝、布線、布局、噴涂的處理都會影響電氣性能；電磁兼容、虛焊、散熱、振動噪聲、腐蝕、接地都和結構有關；軟件的防錯、判錯、糾錯、容錯處理措施可避免機械和電子缺陷問題。

誤區(qū)6、器件很簡單，Datasheet有無無所謂

做設計時一定要拿到所有器件的Datasheet，然后閱讀其上的所有圖形圖表和參數，最后實在設計上和這些曲線建立聯系。設計時需要謹慎確認該器件在我們電路中的靜態(tài)工作點。

誤區(qū)7、可維修性跟我無關

電子產品可靠性工作的目的是什么?是賺錢。賺錢靠什么?開源和節(jié)流，開源難，節(jié)流易，不要總想著從材料費上省，材料費省了，維修費高了，從早死換成了晚死，早晚還是死。最好的方式就是重視可維修性，省掉這部分費用。這是貨真價實的利潤。

誤區(qū)8、制程控制不好是沒有好的工藝人員

制程控制不好不僅僅是工藝人員的問題，這是一條價值鏈的建設過程。設計工程師對器件的要求、采購工程師的廠家選擇、檢驗環(huán)節(jié)的控制內容應該設計上對器件關鍵指標的部分、檢測方法不應引入元器件的失效機理和損傷、裝配環(huán)節(jié)也不應引入損傷(波峰焊爐溫控制，手工焊接臺面的防靜電處理等)、出廠檢驗環(huán)節(jié)應該檢查器件參數漂移可能會導致產品故障的部分內容、維修環(huán)節(jié)不應引入失效。

由上可以看出，出現問題哪是區(qū)區(qū)兩位工藝工程師能保證得了的。所以總結出具體的做法是建立一致性，一致性的前提是設計人員提供充分、有主次的技術信息，工藝僅僅是依據設計圖紙和設計文件來保障制造可靠性無限逼近于設計可靠性。

誤區(qū)9、MTBF值與單臺具體機器的故障率的關系

MTBF是宏觀、統(tǒng)計的概念，單臺機器故障是微觀、具體的概念。客戶最喜歡問一個問題“你這個產品的MTBF值是10000小時，那我買你的這一臺是不是10000h內就不會出現問題?”這是一個關公戰(zhàn)秦瓊誰更厲害的概念。

誤區(qū)10、加強測試就可解決可靠性問題

此問題既然能名列十大誤區(qū)之一，其定義自然是錯誤的。

總結有三：

1、 有些問題通過模擬測試實驗根本測不出來。

2、 測試手段=工程計算+規(guī)范審查+模擬試驗+電子仿真。

3、 通過溫度加強試驗的結果計算不出對應的低溫工作時間。

電子產品設計成型后，還必須對產品進行可靠性試驗，產品可靠性試驗是激發(fā)潛在失效模式，提出改進措施，確定項目或系統(tǒng)是否滿足預先制定的可靠性要求的必須步驟。