表1.3 失效率等级
名 称 符 号 最大失效率(1/h) 亚五级 五 级 六 级 七 级 Y W N Q 3×10-5 1×10-5 1×10-6 1×10-7 八 级 九 级 十 级 B J S 名 称 符号 最大失效率(1/h) 1×10-8 1×10-9 1×10-10 3． 可靠性的分类
（1）固有可靠性 固有可靠性是指产品的设计、制造时内在的可靠性。对电子产品来说，产品的复杂程度、电路和元器件的选择与使用、元器件的工作参数及其可靠度，以及机械结构和制造工艺等影响产品的固有可靠性。对于元器件来说，原料品质、制造工艺、工作参数等影响固有可靠性。电子产品的固有可靠性在很大程度上依赖于元器件的可靠性。产品越复杂，所用元器件越多，产品固有可靠性越低。
（2）使用可靠性 使用可靠性是指使用和维护人员对产品可靠性的影响。它包括使用与维护的程序是否正确、设备选用是否合理，操作方法是否得当以及其它人为的因素。使用可靠性在很大程度上依赖于使用设备的人。熟练而正确的操作，及时的维护和保养都能显著提高使用可靠性。
（3）环境适应性 环境适应性是指产品所处的环境条件对可靠性的影响。提高设备的环境适应性，主要是对设备采取各种有效的防护措施。
4． 可靠性设计的基本原则
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（1）设计方案的简化 在满足产品性能的要求下，要尽量减化设计方案，减少所用元器件的数目，选用可靠性高的元器件，尽可能降低元器件的使用应力强度（降额使用），这是提高电子产品可靠性的重要环节。在设计阶段一定要按可靠性要求进行设计。
（2）注意可靠性与经济性的关系 产品的可靠性提高，将造成生产和科研费用增加，即生产成本提高，但使用和维修费用将随可靠性提高而降低，因此总的费用不一定增加。若降低产品可靠性，虽然研制、生产费用下降了，但其使用和维修费将上升，总费用仍有可能增加。
（3）可靠性与可维修性 考虑电子产品可靠性设计时，还应考虑可维修 （4）加工工艺的可靠性 工艺加工必须保证产品元器件在加工过程中，不致受到热力、机械的和电气的损伤，并严格按照工艺文件的要求进行加工。应当把可靠性设计与加工的可靠性密切配合起来，以保证产品的质量要求。关于加工工艺的要求，在以后各章中均有涉及，在此不再赘述。
（5）充分考虑元器件和产品的可靠性，适当采用余度设计和备份设计。
1．5．2 元器件可靠性与产品可靠性 1． 元器件的可靠性
元器件的可靠性通常用失效率来表征。实践发现，普通元器件和半导体元器件的失效规律不尽相同。
（1）元器件的失效规律
普通电子元器件的失效规律如图1.2所示，这就是常说的船形曲线或浴盆曲线，它分为三个阶段：
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图1.2 典型普通元器件失效曲线
在使用的早期，由于设计、制造上的缺陷而发生的失效叫做早期失效，对应的失效期为早期失效期。这个时期失效高，但随元件的工作时间的增加而失效率迅速降低；在早期失效之后，进入偶然失效期，也称随机失效期。此时，失效率是常数，且较低，偶然失效期是元件使用的寿命期；在产品使用的后期，进入老化失效期，失效率迅速上升，产品报废。通过对原材料和生产工艺加强检验、质量控制和对元器件进行筛选老化，可以大大降低早期失效率。研究偶然失效期对实践指导最有意义，电子设备的所有元器件和组件都应工作在失效率较低的偶然失效期,尽量避免工作在耗损失效期。
（2）一般元器件的可靠性通常用失效率表示。元器件工作在偶然失效期，其失效率为常数λ，由（1.5）式，其可靠度为：
R(t)=e-λt 元器件可靠性与使用条件有密切关系，使用条件包括工作环境条件和负荷条件。一般说来，元器件所处的条件越恶劣，其失效率越高，因此，元器件一般都是降额使用，使其失效率降低，延长工作寿命，提高可靠性。所谓降额使用就是元器件的额定参数要高于使用参数。但并不是说所有元器件都是减额越多越好，如继电器减额则吸引力减少，氧化膜磨不掉，可靠性降低。所以降额使用要根据具体的元器件区别对待。
2． 系统可靠性
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一个复杂的系统可以由多个子系统或部件组成。而每一个子系统或部件又由多个元器件组成。我们可以根据元器件的可靠性求得系统可靠性，也可以根据系统可靠性分配各子系统的可靠性。
（1） 串联系统
设一个复杂的系统C，可以由多个子系统或部件A1A2A3……An组成，只要任何一个Ai失效，则C失效；若要C可靠，则Ai 必须全部可靠。这样的系统C的可靠性为
R(C)=R(A1)×R(A2)×R(A3)×……×R(An)=?R(Ai) （1.7）
i?1n由于R(Ai)≤1，所以相乘项越多，则积越小，因此，为提高系统的可靠性，应尽量减少串联系统的数目。
（2）冗余系统（备份系统）
串联系统的可靠度低于各子系统的可靠度，当串联系统的可靠性设计不能满足预定要求时，可以采用备份元件或备份系统的方法提高可靠性，称为冗余系统或备份系统。冗余系统只在极端重要的场合（如导弹发射与制导、卫星系统等）或元件可靠性满足不了系统要求时才采用。并联系统是最常见的冗余系统。它的特点是只要系统中任何一元件（或子系统）可靠，则系统就可靠，只有所有元件（或子系统）全部失效时，系统才失效。
可见，备份越多，可靠性越高，但设备费用却成倍增加，因此，可靠性的提高，要着重提高基础件（或子系统）的可靠性，而不提倡采用备份。
1．6 提高电子产品可靠性的方法
电子产品是由电子元器件、组件、部件按照一定的工艺要求组合起来的，电子产品的可靠性的基础是电子元器件的可靠性，电子元器件的正确选用、合
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理的结构设计、有效的防护措施是保证电子产品可靠性最有效的办法。本节主要从上述几方面介绍提高电子产品可靠性的方法。
1．5．1 正确选用电子元器件 1．选用电子元器件的原则
（1）根据电性能指标和使用条件选用合适的元器件，使用条件不得超过元器件参数和环境条件，并留有富余量；
（2） 尽可能地压缩元器件的品种和规格数量，提高它们的复用率； （3）除特殊情况外，所有电子元器件都要按不同要求进行可靠性筛选，然后才能用到电子产品中去；
（4）仔细分析比较同类元器件的差异，择优选用，并注意积累元器件在使用中的性能与可靠性方面的依据，作为以后选用的重要依据。
2．选用电子元器件的方法
对电子元器件进行筛选，就是要从一批元器件中选出可靠性较高的元器件，淘汰那些有潜在缺陷而导致早期失效的元器件，这对提高电子产品的可靠性有重要意义。考虑到技术困难和经济合理性，我们必须精心选择应力条件和筛选方法，用最经济有效的方法达到规定的可靠性。
（1）按复杂程度可分为：
①分布截尾筛选法：筛选掉参数偏离标称值过大的产品。 ②应力强度筛选法：对产品施加各种应力条件后进行测试挑选。 ③老炼筛选：在规定的时间内对产品施加各种应力条件后进行测试挑选。 ④线性鉴别筛选：类似于老炼筛选，但要运用数理统计技术进行判别。 ⑤精密筛选：在接近于产品使用条件下进行长期老炼，并多次精确测定参数变化量，从中进行挑选和预测。
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电子产品结构设计与制造工艺
