可靠性技术的应用与发展

可靠性技术的应用与发展
闫　立
(记忆科技有限公司,深圳518067)
摘要:电子产品的可靠性是通过设计、制造、检测、管理出来的。取决于设计、制造、检测和管理等
多方因素。
关键词:AGREE;ESS;HALT&HASS;Arrhenius方程;可靠度R(t);失效率(λ);热传导;电磁兼容性;筛
选强度
中图分类法:O213.2　　　　　　　文献标识码:A
Theapplicationanddevelopmentofreliabilitytechnology
RamaxelTechnologyLimited(Shenzhen518067)
R&DDepartmentYANLi
Abstract:Thereliabilityofelectronicproductsisassuredbymanyproceduressuchasdesigning,manufactur2
ing,testingandmanagement.
Keywords:AGREE;ESS;HALT&HASS;ArrheniusEquation;ReliabilityR(t);Failurerate(λ);HeatEx2
change;EMC;ScreeningStrength

1　概述AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)报告于1957年7月在美国的发表,标志着可靠性学科的诞生。
从那时起,可靠性技术在40多年的应用和发展历程中,经历了萌生、发展、成熟的过程,给美国的国防、工业带来了莫大的技术进步和难以估计的社会财富。
可靠性技术贯穿于电子产品的整个寿命期内,从产品的设计、制造、安装、使用和维护的各个阶段都有可靠性技术的参与。在产品的设计和制造阶段参与可靠性技术,为奠定产品的固有可靠性尤为重要。电子产品在使用过程中,会遇到各种各样的复杂环境因素,如:高温、低温、高湿、低气压、有害气体、霉菌、盐雾、冲击、振动、辐射、电磁干扰。这些环境因素的存在,将大大影响电子产品的可靠性。只有通过可靠性设计、制造工艺可靠性、可靠性试验、可靠性管理、可靠性分析,充分考虑产品在使用过程中将要遇到的各种环境条件,采取耐环境设计、热设计、电磁兼容设计等各种可靠性设计手段和各种可靠性试验和分析技术,建立各种可靠性失效分析模型,才能保证产品在规定环境条件下的可靠性。

2　可靠性设计技术可靠性设计在可靠性技术中占有重要地位,产品的可靠性定量指标在设计过程中就得到了落实,产品的设计和制造为产品的固有可靠性奠定了基础。所以,我们一定要扭转只搞性能指标设计,忽视可靠性设计的倾向,在产品设计、研制阶段,认真开展可靠性设计,为产品固有可靠性奠定基础。

下面是可靠性设计技术的具体应用:

2.1　降额设计电子产品的可靠性对其电应力和温度应力比较敏感,电子产品的降额设计就是使元器件或产品所承受的工作应力适当地低于其规定的额定值,从而达到降低基本故障率,提高使用可靠性的目的。各类元器件都有其最佳的降额范围,在此范围内工作应力的变化对元器件的故障率有明显的影响,影响,在设计上也比较容易实现,不会在设备体积、重量和成本方面付出较大的代价。各类元器件的详细降额准则以国家军用标准GJB/Z35《元器件降额准则》和相应的行业标准为准。

2.2　热设计电子产品的故障率是随着工作温度的增加而呈指数增长的。所以,热设计成为解决电子产品散热问题的关键所在。①系统中元器件的热设计元器件的热设计首先应考虑元器件的工作温度,并进行元器件自然散热的测量。从而准确地计算出元器件散热量,并进行有效的温度控制。元器件的热场计算,主要是数字分析计算和热测量。其中热测量较为准确,而BETA、Flotherm热分析软件更方便,是目前市场上使用较多的热设计仿真平台。也是许多热设计工程师获得温度场的主要工具。

元器件的安装和布局:其可靠性设计的原则是:
a.散热量较大的元器件在PCB上尽量分散安装。发热元器件应沿冷壁均匀散开,对于工作温度低的热敏元件不能靠近热点。也就是热敏感元件不可靠近高发热元器件;热敏感元件不可安放在发热元件的正上方,要在水平面内交错安置。

b.热敏感元件应处于温度场的最低区域,应处于产品工作状态的最下方。这样可避免由于发热元件的热量自然热对流而影响热敏感元件。例如,热敏感元件应安放在PCB工作状态时的下方。

c.采用短通路,尽量减少传导热阻,加速元器件散热。例如,直接将元器件安放在冷板上,并尽量减少元器件连接到冷板上的粘合厚度。

d.加大安装面积,尽量减少传导热阻。例如,把微电路芯片安装在比芯片面积大的散热片上,不要把引线作为传导散热的唯一途径。

e.采用导热效率高的材料,尽量较少传导热阻。例如,铝、铜材料的导热系数很高,可减少热阻。
f.加大接触面积,使传导效果更好。

②PCB的热设计PCB的热设计是保证其良好的散热,并保证PCB上的元器件功能的正常工作。这是PCB热设计的基本可靠性要求。下面是热设计的主要原则a.印制线的设计设计印制线时,首先要保证印制线的载流容量,印制线的宽度必须适用于电流的传导,不能引起容许的压降和温升。这需要电路计算和温度场计算的协调。相邻线的间距应满足国标要求。b.减少元器件引线与印制线间的热阻。利于厚度大的印制线导热和自然对流散热。c.采用散热效果好的PCB对于安装密度较高的产品,温度散热效果还不够理想时,应采用导热效果好的PCB。例如,金属基地、陶瓷基地PCB。

2.3　电磁兼容性设计电磁兼容性是指:系统、分系统、设备(电路、分电路)在共同的电磁环境中能够协调地完成各自功能的共存状态。电磁兼容性是电子产品的一项重要指标。它包括系统内部和系统之间的电磁兼容两个方面。我们在产品设计时,应进行下面的抗电磁干扰的设计:①接地:就是两点之间建立导电通道,其中一点通常是系统的电气元件,另一点是参考点。一个良好的参考点或接地是设备(产品)可靠性地抗干扰的基础。理想的接地点应该是零电位、零阻抗。②搭接:是指在金属表面之间建立低阻通道。搭接的目的是在结构上设法使射频电流的通路均匀,避免在金属件之间出现电位差而造成干扰。③屏蔽:屏蔽的机理是吸收、反射电磁波,以阻断辐射的电磁波。在电路设计中可以从以下三个方面采取屏蔽措施:a.机箱屏蔽:金属箱是一个良好的导体,可以成为良好的屏蔽层;机箱内部可用金属板隔出“单间”放置有强干扰源的电路板,如,开关式稳压电源板等。b.局部屏蔽:PCBA上灵敏度较高的局部电路,可加屏蔽罩,并良好的接地;PCB设置大面积“地”也是一种屏蔽手段。c.滤波:滤波不如前面三种可靠,且费用也较高。一般不被采用。以上简单介绍了电磁兼容性设计的方法,我们广大设计人员在产品设计时经常会遇到这些问题,希望能给以借鉴。

2.4　可靠性预计技术

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4　结论可靠性是质量的一个重要组成部分,要把可靠性管理贯穿到可靠性工程中去。要在产品的设计阶段加强可靠性技术的管理。产品设计的每个层次和阶段都应参与。生产部门为了保证设计的可靠性指标得以实现,要在元器件、原材料、外购件、生产工艺、环境、人员培训、检验、生产质量控制各个方面采用相应的可靠性措施加以保证。在产品投放市场后,要有一套培训、维护、修理、备件供应等措施加以配合,这样才能保证产品在使用中的可靠性。因此,在产品的立项、开发、生产到使用服务的全过程各个阶段,都要贯彻可靠性为中心的质量管理。现代社会的电子产品越来复杂,任何一个部门的一项小的环节都有可能导致重大的不可靠事故的发生。例如,美国挑战者号航天飞机由于后侧助推火箭密封圈的不可靠,导致燃料泄露,使整个发射失败,损失惨重。因此,产品的高质量、高可靠性,要求现代企业中的各个部门相互协作共同努力才能做到。