可靠性设计在电子产品的应用

可靠性设计在电子产品的应用

彭淑方

（广东美的厨房电器制造有限公司）

摘要：本文主要讲述了可靠性设计在电子产品中的重要性和应用的相关问题，通过实例论证了可靠性设计在电子产品中所起到的重要的指导作用，并且提出了相关的可靠性设计方法，供相关人员参考和借鉴。

关键词：可靠性设计；电子产品；应用

前言

电子产品的可靠性是贯穿于整个电子产品的使用寿命和周期当中的。在电子产品的生产、制造、使用过程中都存在可靠性问题，可靠性问题暴露的越晚，导致的经济损失也就越大。因此我们提出了将可靠性设计方法应用于可靠性设计之初这一措施，不仅能够做到耗资最少，而且收效作为显著。

1.可靠性的重要性

产品在规定的条件和时间内完成规定功能的能力被称为产品的可靠性。我国在二十世纪七十年代开始在航空工业和电子工业中初步形成了较为可靠的研究体系，并且应用于军工产品，起步较晚。尽管国家已经制定了相关的可靠性标准，但是相关企业的重视程度仍然不够，研发力度也很有限，这导致其他行业的可靠性工作起步更晚，差距更为明显。

从专业上说，可靠性高的产品，无故障工作的时间就越长，也就是说可以长时间正常的工作。生产可靠性好的产品，不仅能够减少生产企业的维修费用，而且能够大幅度提高公司形象，打出自己的品牌，充分发挥品牌效应，从而达到增加公司收入的目的。一个企业要想在激烈的竞争中谋求生存和发展，就必须重视产品的可靠性设计，没有可靠性就没有产品质量，不狠抓产品质量，就无法生存。

可靠性试验的目的是为了定量或者定性了解电子产品的可靠性。可靠性试验能够分为环境试验和寿命试验两大类别。通过可靠性试验，我们能够确定电子产品在各种储存时或者环境条件下的可靠性特征量，这么做有两大好处：第一是通过可靠性试验充分暴露产品在原材料、产品设计、产品工艺和管理等方面存在的问题，尽早发现问题，通过失效分析找出相应的改进措施，以此来提高产品的可靠性水平；另一方面是掌握产品固有的可靠性水平，为相关电子产品的生产、设计和使用上提供有用的信息。

2.可靠性的环境试验

2.1环境条件

环境条件是指电子产品在运输、储存或者工作中可能受到的外界因素的影响。以下几种因素的影响最为明显：

2.1.1机械条件

机械条件有冲击、震动、离心、碰撞、跌落、震动等等。如果元器件产生引线断裂、结构损伤以及疲劳失效等情况，一般是由机械震动导致的。如果元器件突然失效，那一定是冲击引起的，机械结构超载的话会使电子产品发生松动或者散架，导致机械的性能受到一定的损坏。

2.1.2气候条件

温度、湿度、气压、风、沙、水、盐雾、尘土等条件被称为气候条件、电子产品的用电性能发生改变，机械变形以及发生腐蚀等不良反应都是由气候条件引起的。夏天的高温会导致电子产品材料的软化、金属氧化以及金属膨胀等等，这会导致产品的结构强度减弱，金属材料表面的电阻加大以及接触装置发生不良的反映。过低的气压会导致空气的介电常数减小，电参数发生改变、散热困难。盐雾导致金属腐蚀、绝缘材料腐蚀、产生凹点，表面的抗电强度和电阻降低等等。

2.1.3电的条件

电的条件包括电场、磁场、闪电、雷击、放电、电晕电平等等。

2.2环境试验

在较短的时间内观察电子产品承受多大应力的实验叫环境试验。环境试验可以分为天然暴露试验、人工模拟试验和现场使用试验三种。在进行环境试验的时候，一定要明确试验目的，明确试验顺序。为了确保产品能在一些极端的环境下工作，还要进行高温测试、低温测试、高温高湿测试、淋雨测试、机械振动测试等。也可根据产品的使用方法自行设计新的测试项目，以此验证产品能否长期工作。

3.可靠性设计方法

3.1影响分析方法的运用和故障模式分析

故障模式和影响分析法的简称为FMEA，这是用于确定已知故障或者潜在故障并为其提供进一步纠正措施的分析方法。它的目的是从产品的设计、生产、使用角度等方面发现薄弱环节和各种缺陷，进而保证产品的高可靠性和高耐久性。

对于那些故障风险级别非常严重的数值，需要通过重新设计或是设计更改才能得以降低，这样做就会非常麻烦，倘若在设计之初就运用FMEA分析法作为设计新产品的依据的话，就能明显降低新产品的风险故障级别，从而提升产品质量和可靠性。

比如说，我们在设计一个新型的电子负载功率板的时候，第一步要做的就是对类似的产品的功率板的焊接和装配过程进行风险级别的评价和装配过程分析，找出风险级别较高的那几项因素，分别为母线铜条焊接时因氧化或散热过快引起的虚焊（风险等级评定为128）、MOS管装配时管脚受应力或管体未能紧贴散热器引起器件损坏（风险等级评定为120）、裸锰铜丝电阻氧化虚焊或插接过低与其下方的过孔短路（风险等级评定为48和16）【1】，发生这些故障的可能性较高，并且在生产过程中不容易被检测发现，发生故障的话会直接导致功率板的烧毁或是MOS管的爆炸。在设计新的电子产品的时候，需要根据分析结果提出相应的改进措施。通过把电子器件的封装方式由用被釉封装且引脚镀银的锰铜丝电阻替代绕制的裸锰铜丝电阻、把铜条与印刷版的互联方式由焊接改为压接，为保证MOS管的装配符合相关要求制作装配工装等等措施来降低故障的检测难度以及发生故障的可能性。

3.2可靠性预计方法的运用

通过可靠性预计法，可以有效的预计每个产品中的失效率，通过计算MTBF值来找出失效率最高的器件进行更换或者改变使用条件、改进设计方法，以此来达到提高产品的可靠性的目的。电子产品的设计离不开互联网设计，其设计结果能够直接影响产品的可靠性。

3.3防呆法的简介和应用

日文成防呆法为POKA-YOKE，意思是在失误发生之前加以防治，也就是防患于未然。防呆法是一种在作业的过程中采用自动报警、标识、分类等手段使得作业人员就算不是很仔细也能防止失误的一种方法。防呆法的直接结果就是能够使得产品的可靠性得到提高。当下，多个产品在生产时通过设计报警系统和制作纠错工装等措施来防呆。但是我们需要知道的是，如果在设计电子产品的时候多加注意，保证产品的制造过程能够满足相关的质量要求，不仅能够达到降低成本的目的，而且这才是真正的意义上的防呆。

4.可靠性改进的措施

依托产品在可靠性试验中和环境的测试中的不良反应，可行的可靠性改进的措施有以下几点：进一步优化产品的系统结构；提高电子产品所用零部件和各种元器件的质量等级；在必要的时候根据实际情况调整降额系数以及安全系统；从国外引进新的技术、新的产品、新的工艺等等。这些活动被称为可靠性改进。可靠性改进是质量改进的重要组成方面，也可以用PDCA循环来处理。

结语

在将可靠性设计工程技术应用到电子产品的设计时，必须要进行认真的分析，充分理解可靠性设计和电子产品设计内涵的一致性，保证产品达到最佳的设计效果。多年的实践证明，电子产品的可靠性是在设计确定、制造实现、使用过程中显示出来的。在电子产品的设计之初，运用恰当的可靠性设计方法进行分析，就可以避免发生许多严重的问题，保障产品质量的可靠性，这种效果往往是后期改进也达不到的。所以说，将可靠性设计方法与电子产品相关的设计工艺相结合是未来发展的一大趋势，这值得相关研究人员进行深入的探讨和研究。

参考文献

[1]王海平.可靠性设计方法在电子工艺设计中的应用[J].电子世界，2014（16）:139.

[2]张增照，谢少锋，焦志锋.可靠性工程技术在用能产品生态设计中的应用[J].电子产品可靠性与环境试验，2009（01）：1-6.

[3]史妙华.可靠性试验在电子产品质量保证中的应用[J].计量与测试技术，2015（11）：47-49.

[4]刘炜，张晓敏.可靠性强化试验在航空电子产品中的应用与研究[J].电子技术，2013（05）：47-52.

[5]叶鹏程.电磁兼容性设计在电子产品中的应用[J].电子质量，2005（01）:73-75.