电子设计可靠性工程1_电子可靠性设计基础
电子可靠性工程方案设计
电子可靠性工程方案设计电子可靠性工程是提高产品质量和可靠性，降低硬件生产故障率和市场失效率的系统工程。
您是否为电子产品生产直通率较低而烦恼，是否为市场返修率居高不下而束手无策？根据业界的分析，60%以上的生产故障是由于器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的，而大多数公司对此却没有采用系统化的电子可靠性工程方法来解决，导致效率较低，产品质量可靠性不高。
其实按照系统的电子可靠性工程方法，通过选择合适的器件，有效地控制器件质量，合理应用器件，进行可靠性设计，达到业界领先的产品质量是可以实现的。
电子可靠性工程包含5个方面：一、通过正确的选型认证来保证构成产品的物料的基本可靠性物料选型与认证是一项产品工程，是硬件开发活动的重要组成部分。
产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上60%都已固化，后期的一系列改进、保障策略所达到的效果只能占到40%，物料选型影响重大。
如何确定物料的规格，如何识别不同厂家的物料优劣，如何对物料厂家进行认证，如何监控物料厂家的质量波动，这些专项技术，在国际领先公司都有专业的团队来进行研究，并有系统化的流程保障物料选用，而目前国内厂家普遍比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质量就和业界领先公司拉开了差距，可以说是输在了起跑线上。
二、通过正确合理的设计方法保证应用可靠性常用的可靠性设计方法有如下14种，在产品开发过程中，这些方面都要考虑到，包括做对应的仿真分析，才能够保证设计的产品的可靠性。
1可靠性预计2FMEA3可靠性指标论证、分配与冗余设计4电应力防护设计5ESD防护设计6容差分析7降额设计8升额设计9热分析和设计10信号完整性分析11EMC设计12安全设计13环境适应性设计14寿命与可维护性设计国际领先的大公司，对这些设计方法均有专业团队来保障，为了满足国内企业的需求，针对每种设计方法，深圳市易瑞来公司均有专家负责研究和追踪业界最新的进展，实践经验丰富。
电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析
电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析课程背景――为什么我们的产品设计好了，到了用户（现场）却返修率很高？――如何为客户提供有力的可靠性指标证据？MTBF的真正含义是什么？――MTBF与可靠度、失效率、Downtime 的关系如何？提高可靠真的降低返修率？――为何功率管在没超额定功率时仍然烧毁？――塑封集成电路为何有防潮要求？――如何开展热设计？――如何开展降额设计？――如何开展电路可靠性设计，例如继电器用在电路中，是否有潜在通路？CMOS电路真的省电吗？――如何开展加速寿命试验？――如何权衡试验应力？对于企业领导和研发工程师而言，诸如此类的问题可谓太多，尽快明白可靠性的指标和基本原理，使设计人员掌握一些可靠性设计技能，是我们迫切需要研究和解决的重大课题。
目前很多企业工程师在这方面缺乏实践经验，很多相关知识都是网络和书籍上面了解，但是，一方面在解决实际问题时光靠这些零散的理论是不足的，另一方面，这些“知识”也有可能对可靠性的实质理解造成误解，为帮助企业以及研发人员解决在实际产品设计过程中遇到的问题与困惑，我们举办此次《电子产品可靠性设计与试验技术及经典案例分析》高级训练班，培训通过大量的实际产品可靠性案例讲解，使得学员可以在较短时间内掌握解决可靠性技术问题的技能并掌握可靠性设计的基本思路！同时对企业缩短产品研发周期、降低产品研发与物料成本具有重要意义！======================================================================================课程特色---系统性：课程着重系统地讲述产品可靠性设计和试验的原理，产品可靠性设计的主要方法，产品常见的故障模式及其预防方法，课程以大量的案例来阐述产品可靠性设计的思路与方法,以及可靠性工作重点、工作方法、解决问题的技巧。
---针对性：主要针对电子产品可靠性设计和测试项目，及各种典型产品出现的不同问题时候的解决思路与方法。
可靠性工程基本理论
可靠性工程基本理论1可靠性（Reliability）可靠性理论是从电子技术领域发展起来，近年发展到机械技术及现代工程管理领域，成为一门新兴的边缘学科。
可靠性与安全性有密切的关系，是系统的两大主要特性，它的很多理论已应用于安全管理。
可靠性的理论基础是概率论和数理统计，其任务是研究系统或产品的可靠程度，提高质量和经济效益，提高生产的安全性。
产品的可靠性是指产品在规定的条件下，在规定的时间内完成规定功能的能力。
产品可以是一个零件也可以是一个系统。
规定的条件包括使用条件、应力条件、环境条件和贮存条件。
可靠性与时间也有密切联系，随时间的延续，产品的可靠程度就会下降。
可靠性技术及其概念与系统工程、安全工程、质量管理、价值工程学、工程心理学、环境工程等都有十分密切的关系。
所以，可靠性工程学是一门综合性较强的工作技术。
2可靠度（Reliablity）是指产品在规定条件下，在规定时间内，完成规定功能的概率。
可靠度用字母R表示，它的取值范围为0≤R≤1。
因此，常用百分数表示。
若将产品在规定的条件下，在规定时间内丧失规定功能的概率记为F，则R=1－F。
其中F称为失效概率，亦称不可靠度。
设有N个产品，在规定的条件下，在规定的时间内，有n个产品失效，则F=n/NR=(N-n)/N=1－F可靠度与时间有关，如100个日光灯管，使用一年和使用两年，其损坏的数量是不同的，失效率和可靠度也都不同。
所以可靠度是时间的函数，记成R（t），称为可靠度函数。
图5-1是可靠度函数R（t）和失效概率F（t）变化曲线。
图5-1可靠度3失效率（Failurerate）失效率是指工作到某一时刻尚未失效的产品，在该时该后，单位时间内发生失效的概率。
在极值理论中，失效率称为“强度函数”；在经济学中，称它的倒数为“密尔（Mill）率”；在人寿保险事故中，称它为“死亡率强度”。
失效率是衡量产品在单位时间内失效次数的数量指标；它也是描述产品在单位时间内失效的可能性。
可靠性工程
分布函数 ：设X为随机变量，对任意实数χ，则称函数 F （χ）=P{X≤χ} 为随机变量X的分布函数。
二、可靠性统计基础知识
可靠性统计基础知识
1. 概率基础知识 2. 随机变量及其分布 3. 统计基础知识 4. 参数估计 5. 假设检验
1、概率基础知识
随机事件及其概率
随机实验:满足下列三个条件的试验称为随机试验； （1）试验可在相同条件下重复进行；（2）试验 的可能结果不止一个，且所有可能结果是已知 的；（3）每次试验哪个结果出现是未知的；随 机试验以后简称为试验，并常记为E。
失效率：失效率是工作到某时刻尚未失效的产品， 在该时刻后单位时间内发生失效的概率。一般记 为λ,它也是时间t的函数,故也记为λ(t),称为失效率 函数,有时也称为故障率函数或风险函数；它反映t 时刻失效的速率,也称为瞬时失效率。
一、可靠性工程概述
（三）浴盆曲线 对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失 效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品 而言，其失效率符合浴盆曲线分布 （如下图）：
威布尔分 布(Ⅲ型 极值分 布)W(k,a
,b)
3、统计基础知识
研究对象的全体称为总体或母体，组成总体的每个基本单位 称为个体。
（1）按组成总体个体的多寡分为：有限总体和无限总体；
（2）总体具有同质性：每个个体具有共同的观察特征，而 与其它总体相区别；
（3）度量同一对象得到的数据也构成总体，数据之间的差 异是绝对的，因为存在不可消除的随机测量误差；
电子设备的可靠性设计
电子设备的可靠性设计电子设备是现代社会必不可少的电子产品，从家庭电器到科学仪器，从智能手机到工业自动化控制系统，都离不开电子设备。
然而，由于电子设备通常需要长期运行，以及相关的物理、化学环境变化和故障风险等因素，因此电子设备的可靠性设计成为了现代工程领域的一个重要研究课题。
电子设备的可靠性设计，是指在电子设备设计阶段，通过优化设计方案、选择合适材料、严格测试和评估等手段，提高电子设备的质量、稳定性和可靠性，以达到减少故障风险、延长寿命、降低维修成本、提高利润等目的。
1. 电子设备可靠性可分为三个层次。
第一层是零部件层。
在零部件的选择上，可以采用高品质的产品，通过对不同品牌、型号的比较，选出最适合产品要求的零部件。
第二层是电路层。
在电路设计上要确保可靠性，除了对电路的可靠性进行可靠性分析以外，还可以对电路运行情况进行模拟，进行试验验证，确保设计的可靠性。
第三层是整机层。
在电子产品生产过程中，需要对产品进行单板组装、系统测试和维修等方面的措施，来提高整个系统的可靠性。
2.电子设备的可靠性设计可通过设计的各个环节加强。
在初期的电子产品设计时，可以通过充分的分析和测试来确定产品的使用环境，包括环境温度，电磁辐射和使用现场等。
在此基础上，可以选择合适的材料和组件进行设计和制造。
3.产品的测试过程也是电子设备可靠性设计中至关重要的一环。
在生产完成后，需要对电子产品进行精密检测和评估，对各项关键指标进行测试和分析，以找出潜在的问题，从而使产品具有可靠的性能和稳定的性能。
4.电子设备的可靠性设计需要建立完善的评估体系，及时发现产品的问题，并进行针对性处理。
在实际生产过程中，产品发现问题后，需要开展产品故障分析，及时采取相应的措施来消除故障影响，提高产品的可靠性。
5.电子设备的可靠性设计也需要建立健全的质量体系。
科学的设计和制造流程是提高产品可靠性的重要手段。
工艺控制、产品检测和检验、合格率统计等都是关乎产品性能的关键因素，需要严格把关。
电子电气工程中的电子设备可靠性技术
电子电气工程中的电子设备可靠性技术电子设备在现代社会中扮演着重要角色，几乎涵盖了每个人的日常生活。
从智能手机到家用电器，从医疗设备到航空航天系统，电子设备的可靠性是确保其正常运行和长期使用的关键。
因此，电子电气工程师在设计和制造电子设备时，必须考虑到可靠性技术的应用。
1. 可靠性概念与指标可靠性是指电子设备在给定的时间和工作条件下，能够正常运行的能力。
为了衡量电子设备的可靠性，工程师们通常使用MTBF（平均无故障时间）和故障率这两个指标。
MTBF指的是设备在正常运行期间平均无故障的时间，而故障率则表示单位时间内设备发生故障的概率。
2. 可靠性设计原则在电子电气工程中，可靠性设计是确保电子设备在整个生命周期内保持高可靠性的关键。
以下是一些常见的可靠性设计原则：a. 系统化设计：从整体系统的角度出发，考虑设备与其他组件之间的相互作用和兼容性，以确保整个系统的可靠性。
b. 合理的电路设计：采用合理的电路设计方法，包括电源电路、信号处理电路和控制电路等，以提高电子设备的稳定性和可靠性。
c. 严格的质量控制：在制造过程中，严格控制原材料的质量和工艺的可控性，以确保电子设备的质量和可靠性。
d. 可靠性测试与验证：在设备制造完成后，进行可靠性测试和验证，以确保设备在各种工作条件下的可靠性。
3. 可靠性技术应用为了提高电子设备的可靠性，电子电气工程师可以采用以下可靠性技术：a. 电子元器件的选择：选择具有高可靠性和长寿命的电子元器件，如高质量的集成电路和稳定的电源模块。
b. 温度控制：在电子设备设计中，合理控制设备的工作温度，避免过高或过低的温度对设备可靠性的影响。
c. 电磁兼容性（EMC）：通过合理的电磁兼容性设计，减少电磁干扰和抗干扰能力，提高设备的可靠性。
d. 故障预测与容错设计：通过故障预测技术和容错设计，提前发现潜在故障点并采取相应措施，以确保设备的可靠性。
e. 可维护性设计：在电子设备设计过程中，考虑到设备的可维护性，包括易于维修、更换和升级的设计。
电路设计中的可靠性分析
电路设计中的可靠性分析电路设计是现代电子领域中的重要工作之一，而其中的可靠性分析更是至关重要。
电路可靠性分析旨在评估电路设计的稳定性和可靠性，以确保电子设备在使用过程中的稳定运行和长期可靠性。
本文将介绍电路设计中的可靠性分析方法和其重要性。
一、可靠性分析的重要性电子设备的使用范围广泛，涵盖了从消费类产品到工业设备的各个领域。
无论是家用电器、通信设备还是航空航天器材，安全和可靠性都是至关重要的因素。
在电路设计中，可靠性分析能够帮助工程师了解电路在各种极端条件下的表现，预测电路的寿命和风险，从而提前采取措施进行优化和改进。
二、可靠性分析的方法1. 故障模式与影响分析（FMEA）故障模式与影响分析是一种常用的可靠性分析方法，通过识别潜在的故障模式和分析其可能的影响，从而制定相应的预防和修复策略。
该方法涉及到对电路的每个组件和子系统的故障模式进行评估，并评估故障对整个电路的影响程度。
2. 可靠性块图（RBD）可靠性块图是一种图形化的分析工具，用于描述系统结构和各个组件之间的关系。
通过构建可靠性块图，可以直观地了解电路中的故障传播路径和可能的故障点，从而有针对性地进行可靠性改进。
3. 误差树和事件树分析误差树和事件树分析是概率论和图论的应用，用于评估电路中各个组件故障的概率和可能的故障连锁反应。
通过对故障的概率和可能性进行建模和分析，可以确定关键组件和系统的可靠性指标，并指导设计改进。
4. 可靠性试验与评估可靠性试验与评估是通过对电路进行实际测试和数据分析，来评估电路可靠性的方法。
通过在不同环境条件下对电路进行寿命测试和性能评估，可以获取有关电路在实际使用中可能遇到的问题和可靠性特性的数据，为设计改进提供依据。
三、可靠性分析的实施步骤1. 确定可靠性目标和指标在进行可靠性分析之前，需要明确定义可靠性目标和指标。
这些目标和指标可以包括故障率、平均寿命、可修复性等。
明确的目标和指标能够帮助工程师有针对性地进行分析和改进。
2024版可靠性工程师全部课程
04
结果解释
根据数据处理结果，对产品的 可靠性进行评估和解释，为产
品设计和改进提供依据。
2024/1/26
14
可靠性评估指标及计算方法
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可靠度
产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，通过寿命试验 或耐久性试验获得的数据进行计算。
失效率
产品在规定条件下和规定时间内失效的概率，通过寿命试验或现场使 用数据进行计算。
可靠性工程师全部课程
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1
目录
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• 可靠性工程基础 • 可靠性分析与设计 • 可靠性试验与评估 • 维修性与保障性技术 • 故障模式、影响及危害性分析
（FMECA）
2
目录
• 可靠性增长与寿命周期管理
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3
01
可靠性工程基础
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可靠性定义与重要性
数据分析与优化
收集并分析产品在使用过程中产 生的数据，找出影响产品可靠性 的关键因素并进行优化改进。
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实现可靠性增长和寿命周期管理最佳实践
制定详细的可靠性增长计划
明确可靠性增长目标、实施步骤和时间表，确保计 划的可行性和有效性。
引入先进技术和方法
积极引进先进的可靠性设计、分析、试验和评估技 术，提高产品可靠性设计水平和评估能力。
维修性参数 介绍常用的维修性参数，如平均修复时间、维修 度等，以及这些参数在评估产品维修性时的意义。
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维修性对产品的影响 分析维修性对产品全寿命周期费用的影响，以及 提高维修性对产品可用性和战备完好性的影响。
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Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0车站列控中心轨道电路列车超速防护系统列车运行控制系统的构成个发送盒、2个接收盒和）中采集驱动单元的电源保险CAN 总线阻抗下降，造成轨道电路与列控中心的通信出现异常，发送器的状态在无码、检测码、绿黄码之列控中心未能采集到列车的占道状态，导致出现故障后轨道上实际有车占用时，仍然按故障前无车占用状态显示，使区间信号灯错误地显示绿灯，从而
Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0
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1.1 可靠性概念
可靠性：产品在规定时间内、规定条件下完成规定功能的能力，是产品质量的重要方面
失效或故障：在规定时间内、规定条件下产品失去了规定的功能
可修复产品（如电子整机，经更换元器件可以修复）为故障，不可修复产品（如电子元器件，只能更换，无法修复）为失效；
短时间内失去规定功能的为故障（如电磁干扰），永久失去规定功能的为失效（如雷电引发烧毁）
11Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0
Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.01.2 可靠性定量表征可靠度与失效概率 可靠度R(t)
产品在t 时间内不失效的概率R(t)=P{τ>t} τ为产品的寿命 若N 个产品工作到t 时间有n(t)个失效，N(t)个未失效，则R(t)的估计值（实际的可靠性定量指标只能通过试验或现场观测得到其近似值，亦称观测值） R(0)=1（产品在刚投入使用时不会失效），R(+∞)=0（产品只要使用时间足够长，最终一定会失效）
失效概率F(t)
))
(()
()()(^t n N N t
N N t n N t R >>=−=如可靠性可用定量的指标来表征。
我们无法准确预计产品在何时失效，只能得到产品在何时失效的可能性高低，故可靠性的定量表征指标均为概率
筛选点寿命预报点
工艺缺陷固有质量材料极限
早期失效期：失效率较高且呈下降趋势，主要是由于设计错误、工艺缺陷、装配问题、管理不当等原因引起的，但可以通过筛选老化的方法来剔除部分早期失效的产品，提高出厂产品的可靠性
偶然失效期：失效率较低且基本保持常数，是产品的最佳工作阶段。
在此阶段的失效大多数是由于产品的固有质量或者偶然因素引起的
耗损失效期：失效率再度呈现上升趋势，这是由于元器件材料磨损、疲劳、老化等原因造成的，只能采取
100℃、240小时的筛选，效果是相同的
最佳点
研发生产成本
研发生产成本包括原材料采购、设计、工艺改进等方面的成本，运行维护成本
包括修理、备件和保障等方面的成本，二者之和为寿命周期成本
随着产品可靠性要求的提高，在前期开发中必然要投入更多的研发生产成本，
但会降低后期的维护保障成本，因此性价比最好的是寿命周期成本的最低点
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Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0内建可靠性理念认为，可靠性是被“设计”到产品中去的，而不是被“附加”进去的，或是“筛选”出来的
在设计阶段来解决可靠性问题，要比在测试乃至生产阶段来解决，不仅可用的技术手段多，而且投入经济成本少得多产品开发进程
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Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.01.3 可靠性技术概要可靠性与研发成本在产品研发中，越早考虑可靠性设计，投入的成本就会越低
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Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.01.4 可靠性设计元器件使用失效增多的原因 片内原因
芯片集成度↑→工艺尺寸↓，工艺层次↑→片
内电流密度↑，电场强度↑，热不匹配性↑
芯片工作电压↓→噪声容限↓→抵抗外界过
电压的余度↓
数字电路工作频率↑、模拟电路灵敏度↑→片
内防护电路设计制造难度↑ 片外原因
系统高频高速化：电过应力与干扰的传播路
径多样化、复杂化
应用环境多样化：如航天、航空、车载、手
持移动设备等
保护手段低成本化：如采用无屏蔽作用的塑
料机箱取代金属机箱，用塑料封装取代高可
靠的金属、陶瓷封装等
集成电路内部物理结构示意图集成电路的工作电压逐年下降电子管晶体管
集成电路<0.1uJ
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Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.01.4 可靠性设计片内防护成本不断上升实现ESD 保护的成本 随着集成电路工艺尺寸的缩小、集成电路工作电压的降低和集成电路速度的提升，要保证同样的片内静电防护级别，所需的成本将会按指数规律
上升
从成本和良率考虑，
芯片制造厂已将片内
防护标准从2kV 降低到
500V ，而转为靠片外
保护来达到所需的高
防静电等级要求
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