電子設備的可靠性研究

趙宗哲

摘要：隨著電子技術的發展，電子設備已與我們的生活密不可分。而電子設備的質量好壞在一定程度上也直接影響著我們的生活水平質量。電子設備的可靠性是電子產品的一個重要指標，可靠性的提升是電子設備更穩定運行的保障。本文對電子設備可靠性進行研究，以指導電子設備的可靠性設計。

【關鍵詞】可靠性 可靠度 平均工作時間 平均無故障時間

隨著科技進步，對電子產品也提出了更高的要求，可靠性是衡量電子設備質量的一項重要指標。從元器件的角度出發，其可靠性水平決定了整機的可靠程度。而整機的可靠性程度高低又代表產品的質量優劣，同時也反映出設計師得水平。可靠性貫穿于設計、生產和管理之中，如何提高產品可靠性，使其發揮最佳性能，是一個電子產品的核心競爭力，也是用戶的最佳使用體檢。因此，電子設備的可靠性提升是一個極其重要且具備極大挑戰的工作，對未來的經濟發展和科技進步起到了至關重要的意義。

1 可靠性定義

GJB450中對可靠性的定義是：系統、機械設備或零部件，在規定的工作條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。

可靠度在軍用標準中也有相關釋義，即：在規定的條件和時間內，完成規定功能的概率，它是可靠性水平高低的～個重要指標。

2 可靠性指標

可靠性是一個非常重要的產品質量指標，它定性描述顯然是不夠充分的，必須要進行量化處理，這樣才能精準地描述和比較。可靠性的量化描述有兩個非常重要的指標是：平均工作時間（ MTTF）和平均無故障時間（MTBF）。

平均工作時間是指產品在最終失效，或無必要修復時的前面的工作時間或次數，其中包括由于有故障而修復后繼續使用的時間或次數。

平均無故障時間是指產品從使用開始直到出現故障前得連續工作時間或次數，不包含排除故障后使用的時間或次數。

一般來說，電子元器件的平均壽命越長，其產品可靠性越高。但是，可靠性與壽命有關系卻又不是同一個概念，不能認為可靠性高，壽命就長，或壽命長其可靠性就肯定高，這都與使用要求有關系。

故障率也可以反映可靠性的高低，現實工作中，電子設備的故障率是可以計算獲得的。電子元器件的壽命服從指數分布的規律，設備故障率就是通過對內含所有元器件的壽命及失效機理分析計算而來，即設備總故障率：

入_p是元器件工作故障率；入_b是元器件基本故障率；π_e是環境系數；π_q是質量系數；π_r是電流額定值系數；π_a是應用系數；π_s是電壓應力系數；π_c是配置系數；入P_i是第i中元器件的工作故障率；N_i是第i種元器件數量；n為所用元器件的種類數目；入_s為系統總故障率。

3 影響可靠性的因素

3.1 環境因素

電子元器件在工作中受環境因素影響較大，如：溫度、濕度、鹽霧、霉菌、氣壓、海拔高度、大氣污染顆粒等都會對電子元器件的正常運行產生影響，使其電氣性能下降，甚至損傷元器件，造成故障的發生。

3.2 機械性能結構

電子產品的機械結構設計要滿足使用工況的要求，強烈的機械振動或沖擊，會使設備產生機械結構的損傷變形，甚至導致電子元器件的物理損傷或失效，致使電子產品無法正常運行工作。

3.3 電磁環境

環境中的電磁波無處不在，使電子產品在運行中無時無刻不與空間中的電磁干擾信號進行接觸。在電磁信號的干擾影響下，電子電路噪聲變大，穩定性變差，干擾嚴重的情況下，可能會導致設備運行故障，甚至安全性也將會受到威脅。

3.4 組裝工藝

電子產品在生產中組裝工藝的不同，使電子元器件的牢固程度、受干擾程度、受環境影響的耐腐蝕程度均有不同的表現，造成的結果是電子產品的質量和可靠性也是參差不齊。因此，選擇合理規范的組裝工藝是保證產品生產中產品質量和可靠度提升的重要保障。

4 提高可靠性的具體措施

（1）確定電子產品的使用工況，確定研發方案、戰術技術指標、組裝工藝及防護等級等信息。

（2）降額設計。將電子元器件的工作應力適度降低，低于規定的額定值，從而降低元器件的基本故障率。電子元器件對電應力和溫度應力較為敏感，降額設計是降低基本故障率的常用手段，在最佳降額范圍內，采取Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級降額等級，可實現可靠性提高和成本控制的最優方案。

（3）散熱設計。首先，在硬件設計上盡可能地提高電能利用率，將發熱量控制在盡可能小的程度，減少熱阻，降低元器件失效率。采用模塊化布局，將功耗件、發熱源進行最優化布局，設計合理的散熱通道，將熱能競可能地快速排出到外部空間，降低元器件基本故障率，提升設備整體的可靠性。

（4）電磁兼容性設計。采用屏蔽手段將干擾限制在可接受的范圍內，并限制自身的電磁信號向外部空間輻射，而影響其他設備。根據使用環境中的干擾源性質、強度、頻率等，確定合理的屏蔽手段和屏蔽體，解決電子元器件由于受到電磁干擾而引起的失效或故障率，從而提升整機運行的可靠性。

（5）采用成熟度更高的元器件及組裝工藝，盡量選用標準間，尤其是在易損易耗件的選擇上優先采用標準件。

（6）進行冗余設計，使系統具備多種手段來實現同一種功能，尤其在關鍵技術環節采用此設計。如：并聯結構設計，當一個功能模塊失效時，并聯支路的其它功能模塊一樣可以保障系統的正常運行，以此來提高系統的工作可靠性。

（7）薄弱環節要提高最低可靠度元器件的可靠度，以增強整個系統或模塊的可靠度。

（8）增設全方位的保護功能，如過載保護、過壓保護、欠壓保護等保護措施，提升產品運行可靠性。

（9）進行防振、防沖擊的設計，以及在包裝、運輸、存儲過程中的安全防護，提升產品可靠性。

5 綜述

電子設備可靠性的提高是多方面、多方位的系統性工作，在選擇和控制元器件的品質、合理軟硬件電路設計、規范的組裝工藝等方面要嚴格要求和把關。做好電子元器件的品控把關、合理設計、嚴格要求是提高電子產品可靠性的重要手段，提高產品的可靠性也就是提高了產品的核心競爭力。科技進步的體現就是產品質量的升級及可靠性能的增強。

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