電子產品可靠性工程

電子產品可靠性工程

研究電子產品可靠性的評價、預測、分析和提高可靠性的技術。電子產品包括電子元件、器件、設備和系統,1970年以後又包括了軟體系統。可靠性工程套用機率論和數理統計方法研究產品故障時間分布、分布類型和分布參數,從而提出一系列評價產品可靠性特徵的指標、計算和試驗方法,解決產品在研製、設計、製造、試驗和使用各階段可靠性保證的工程套用問題。

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正文

研究電子產品可靠性的評價、預測、分析和提高可靠性的技術。電子產品包括電子元件、器件、設備和系統,1970年以後又包括了軟體系統。可靠性工程套用機率論和數理統計方法研究產品故障時間分布、分布類型和分布參數,從而提出一系列評價產品可靠性特徵的指標、計算和試驗方法,解決產品在研製、設計、製造、試驗和使用各階段可靠性保證的工程套用問題。可靠性分析和預測是研究設備、系統可靠度和有效度的分析、預測理論和方法,以及應力條件等各種因素對產品可靠性的影響,對於電子元件、器件,是套用失效物理學對影響產品失效的物理、化學過程進行定性定量分析,確定這些過程與應力和時間等各種因素的依賴關係,並鑑定證實其失效模式和失效機理,為改進和提高產品可靠性提供依據。
發展過程 第二次世界大戰以後開始提出可靠性問題。當時,軍事裝備已大量採用電子產品,但由於產品不可靠,造成重大損失。因此,50年代初人們開始有組織地、系統地研究電子產品的可靠性問題。可靠性技術的發展,大致可分為四個階段。①調查研究階段(1950~1957年):這一階段主要對以電子管為重點的電子元件、器件進行現場數據收集和分析;研究壽命試驗方法並成立專門的可靠性組織。②統計試驗階段(1957~1962年):主要研製環境與可靠性試驗設備;開展產品統計抽樣壽命試驗;制訂電子產品可靠性標準和可靠性組織、管理規範;建立可靠性數據收集和交換系統。③可靠性物理研究階段(1962~1968年):這一階段主要分析元件、器件失效機理;加強可靠性設計與工藝研究,建立高可靠元件、器件生產線;研究加速壽命試驗的方法。④可靠性保證階段(1968~):這一階段的特點是建立保證產品可靠性的管理制度,形成質量保證系統;建立電子元件、器件可靠性認證制度;發展可靠性試驗技術和改進可靠性標準。
產品可靠性 反映產品質量的綜合性指標,是產品從出廠開始到工作壽命終結全過程的一種特性。它具有綜合性、時間性和統計性的特點,有廣義和狹義兩種解釋。廣義可靠性是產品在其整個使用壽命周期內完成規定功能的能力,包括狹義可靠性和維修性;狹義可靠性是產品在某一規定時間內發生失效的難易程度。廣義和狹義可靠性都是從使用角度提出的定性概念,並早已套用於工程實踐。在實際需要和可靠性技術發展的條件下,50年代後期,以可靠性特徵量表示產品可靠性高低的各種定量指標和方法開始套用於電子工程實踐,制定出一系列可靠性標準,作為產品可靠性評價、考核的準則。可靠性特徵量及其方法已為電子產品的研製、生產和使用等部門所採用。
用定量指標表示產品可靠性稱為可靠度。它是產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的機率。所謂規定的條件是產品所處的環境條件和使用條件。所謂規定的時間是對產品規定的任何觀察時間,包括連續使用、間斷使用、儲存和一次使用時間。按照產品的不同,時間參數可用周期、次數、里程或其他單位代替。所謂規定功能是規定產品的使命、用途、技術性能指標和失效判據。
對於可修復的產品,不僅有可靠度問題,同時也有發生故障後復原能力和修復速度的問題。與可靠度相應的是產品的維修度,即產品在規定時間內修復的機率。對於可修復產品用可靠度和維修度進行綜合評價,就是產品的有效度。產品可靠性可按不同目的和要求採用相應的可靠性定量指標來表示。
① 瞬時失效率λ(t):產品在t時刻後單位時間內失效產品數相對於t時刻還在工作的產品數的比值,習慣上簡稱失效率。N為產品總數,n(t)為t時刻失效產品數,即

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失效率單位為%/103小時=10-5/小時。對於高可靠產品採用10-9/小時單位,稱非特。產品常見典型失效率曲線呈浴盆狀,故又稱浴盆曲線(圖內實線)。

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②可靠度R(t):產品壽命T超過某規定時間t的機率,即電子產品可靠性工程
③不可靠度F(t):產品壽命 T不超過某規定時間t 的機率,也稱產品在規定時間內的累計失效機率,即F(t)=P(T≤t)=1-R(t)。
失效密度函式f(t):產品在t時刻的單位時間內的失效機率,即

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⑤平均壽命E(T):產品壽命的平均值,對不可修復的產品是失效前平均時間(MTTF),對可修復產品是平均無故障工作時間(MTBF),即

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⑥維修度M(τ):在規定條件下使用的產品,在規定的時間 τ內按規定的程式和方法進行維修時,保持或恢復到能完成規定功能的機率,即M(τ)=P(T1<τ)。T1為修復時間,其形態和不可靠度相同。維修度和可靠度的對應關係如表。

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⑦有效度A:可維修產品在某時刻t維持其功能的機率。用時間的平均數表示有效度稱為時間有效度,如產品發生故障不能工作時間為D,能工作時間為U,則有效度為電子產品可靠性工程,即可維修產品在長時間中能工作時間所占的比例。當維修度、可靠度服從指數分布形態時,也可用電子產品可靠性工程表示。
可靠性工程的內容 包括可靠性數學、環境工程學、可靠性物理、可靠性和質量管理等,並與多門專業技術密切結合、互相滲透。可靠性工程內容可概括為

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發展方向 可靠性技術的發展主要決定於國家質量規劃所提出的任務和要求。電子產品可靠性研究的方向是:①複雜系統的可靠性分析和評價;②高可靠元件、器件的可靠性保證和評價技術;③大規模積體電路可靠性評價和失效分析;④產品可靠性與環境、條件的關係;⑤可靠性數據收集和編制可靠性預計手冊;⑥建立可靠性管理系統;⑦軟體可靠性。

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