電子產(chǎn)品可靠性設計

曹 瓊

（咸寧職業(yè)技術學院，湖北咸寧，437100）

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電子產(chǎn)品可靠性設計

曹 瓊

（咸寧職業(yè)技術學院，湖北咸寧，437100）

摘要：電子產(chǎn)品可靠性設計是保障電子產(chǎn)品可以穩(wěn)定運行的重要基礎。本文給出了電子產(chǎn)品可靠性定義，并提出來電子產(chǎn)品可靠性設計中應遵循的規(guī)則，重點介紹了可靠性預計、熱設計、電磁兼容設計、抗輻射加固設計、冗余設計等集中電子產(chǎn)品可靠性設計方法，確保了電子產(chǎn)品性能滿足設計要求。

關鍵詞：電子產(chǎn)品；可靠性設計；設計方法

1　電子產(chǎn)品可靠性設計概述

1.1電子產(chǎn)品可靠性定義

電子產(chǎn)品可靠性是指電子產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下，是否能夠完成要求功能的一種能力，是衡量電子產(chǎn)品的可靠性水平的定性數(shù)值。主要根據(jù)電子產(chǎn)品的依靠可靠度、平均壽命、失敗率等指標來衡量電子產(chǎn)品的可靠性。在明確電子產(chǎn)品的設計的性能和功能要求前，必須要了解電子產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)所面臨的換將狀態(tài)，通過電子產(chǎn)品的定量和定性指標來驗證產(chǎn)品的可靠性，進而提高電子產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2電子產(chǎn)品可靠性技術指標

電子產(chǎn)品可靠性是一種時間函數(shù)，是指電子產(chǎn)品在規(guī)定的時間和規(guī)定的環(huán)境下完成規(guī)定功能的一種能力。在進行電子產(chǎn)品可靠性設計時，必須要根據(jù)電子產(chǎn)品的依靠可靠率、平均壽命、失敗率、壽命概率密度等數(shù)學特征值來對產(chǎn)品的可靠性進行評估，避免電子產(chǎn)品發(fā)生“先天不足，后患無窮”的事故，這也是提高電子產(chǎn)品質(zhì)量的一種重要方法。

1.3電子產(chǎn)品可靠性設計注意問題

（1）選用定型電路和成型結(jié)構

（2）盡量簡化電路設計和產(chǎn)品結(jié)構（3）注意電路標準性和技術繼承性（4）綜合考慮性能和可靠性指標

（5）采用新的可靠性設計技術

（6）采用習慣操作方法和傳統(tǒng)工藝

2　電子產(chǎn)品可靠性設計

2.1可靠性預計

可靠性預計指的是在產(chǎn)品設計階段，根據(jù)電路中選用的電路程式、可靠性結(jié)構模型、元器件、工作環(huán)境及以前積累的數(shù)據(jù)，推測產(chǎn)品的可靠性水平。預計的目的是未來了解產(chǎn)品可能發(fā)生的故障，從而提前設計出相應的預防措施，并用定量的方法來評價產(chǎn)品可靠性設計的效果。本文采用元器件應力分析法，該方法是電子產(chǎn)品可靠性設計過程中應用最佳的設計方法。

2.2熱設計

現(xiàn)代電子產(chǎn)品的電子元器件密度不斷提升，元器件之間通過傳導、輻射和對流產(chǎn)生大量的熱耦合，所以熱應力是影響電子元件失效的一個重要因素。為了達到預期的可靠性，必須就愛那個元件的溫度降低到最低水平。電子產(chǎn)品熱設計包括散熱、加裝散熱器、制冷三種技術方法，應用中通常采用的散熱技術有對流散熱方式、傳導散熱方式和利用熱輻射特性方式三種。在電子產(chǎn)品熱設計中通常采用加裝散熱器的方式，其目的就是降低半導體的溫度，將溫度保持在半導體最大結(jié)溫之下。

2.3電磁兼容性設計

電磁兼容性問題分為兩類：一是設備沒有受到直接干擾，但是產(chǎn)品不能通過國家電磁兼容標準；二是電子電路、系統(tǒng)等在工作的時候，產(chǎn)生相互干擾或受到外部干擾，從而達不到預期標準。在電子產(chǎn)品設計中通常采用印制電路板設計、電源線濾波、屏蔽機箱、信號線濾波、電纜設計、接地等技術來使設備達到電磁兼容狀態(tài)。CMOS具有較高的噪聲容限，可以優(yōu)先使用，在對有源器件電磁特性和敏感特性進行篩選和電子電路改進后，要對易受騷擾的電路和騷擾源電路進行分類集中，從而減小相互影響并便于采取防護措施。

2.4抗輻射加固設計

在一些環(huán)境中，輻射脈沖是非常強的，常常會使微電子元器件金屬連線熔斷或燒毀，導致工作失?；蛴谰眯該p壞?？馆椛浼庸淘O計通常針對的是微電子元件的應用場合、輻射環(huán)境的輻射因素和強度等，主要從元件的制作材料、器件結(jié)構、電路設計、工藝等多方面進行加固考慮。在材料方面，要根據(jù)不同的需求選取鍺材料、硅材料、50 5材料、5 0 1材料、S IG e材料、Ga A s材料、S IC材料、鐵電材料及金剛石材料等不同的材料。在電路設計方面，采用提高設計余量法，可以提高雙極電路1～2個抗輻射等級。在工藝加固方面，采用微電子電子器件工藝中的隔離技術，根據(jù)電路的功能、性能、封裝等不同的要求，可以選擇P n結(jié)隔離、多晶硅一單晶硅介質(zhì)隔離、凹槽介質(zhì)隔離、深槽介質(zhì)隔離、深槽加50 1的全介質(zhì)隔離等技術。

2.5冗余設計

冗余設計是將一臺或多臺相同的單元并聯(lián)，當其中一臺發(fā)生故障時，其他單元仍能夠運行時系統(tǒng)正常工作。冗余設計在增加系統(tǒng)的可靠性的同時也增加了系統(tǒng)的復雜性、體積和重量，所以是否采用該設計要根據(jù)實際情況進行評定。冗余設計可以分為熱冗余儲備和冷冗余儲備，要按照單元的性能特點、失效模式和可靠性指標的高低等因素對冗余方式進行選擇。同時，要注意有些冗余設計的采用要增加一些故障檢測和冗余切換裝置，其失效率應該遠遠低于受控部分，只有這樣才能發(fā)揮冗余技術的優(yōu)越性。

3　結(jié)束語

隨著電子產(chǎn)品越來越廣泛的應用到社會各個領域，其使用條件變得越來越嚴酷，所以對電子產(chǎn)品的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求越來越高。本文以基本可靠性技術為指導，從電子產(chǎn)品的設計和環(huán)境出發(fā)，對電子產(chǎn)品可靠性設計等幾個方面進行了分析和設計，從而達到消除潛在故障、提高電子產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、增強其社會效益和經(jīng)濟效益的目的。

參考文獻

[1] 張蕊、汪凱蔚、沈崢嶸.高可靠電子設備可靠性仿真試驗技術應用研究[J] .電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試.2012

[2] 劉宏.電子產(chǎn)品的可靠性設計[J] .電子測試.2007

[3] 李海泉、李剛.系統(tǒng)可靠性分析與設計[M] .北京: 科學出版社.2003

[4] 莊奕琪.電子元器件可靠性工程[M] .北京:電子工業(yè)出版社,2002

[5] 高社生、張玲妓.可靠性理論與工程應用[M] .北京:國防工業(yè)出版社.2002

Reliability design of electronic products

Cao Qiong
（Xianning Vocational Technical College，Xianning Hubei，437100）

Abstract：Are given in this paper,the reliability of electronic products is defined and proposed rules should be followed in the reliability design of electronic products,focusing on the reliability prediction, thermal design,electromagnetic compatibility design and anti radiation hardened design, redundancy design and centralized electronic products reliability design method,to ensure that the electronic product performance meet the design requirements.

Keywords：electronic products;reliability design;design method