電子元器件檢測驗證 可靠性測試方案

隨著材料技術(shù)、元器件技術(shù)和電子學(xué)設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的功能越來越復(fù)雜、集成度越來越高，對電子產(chǎn)品的可靠性也提出了更高的要求。提高產(chǎn)品的可靠性，使其發(fā)揮最佳性能，是提升一個電子產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素，也直接影響著最終用戶的評價。電子產(chǎn)品的可靠性提升是一個極其重要且具備極大挑戰(zhàn)的工作，從某種意義上說，提高了產(chǎn)品的可靠性也就提高了產(chǎn)品的核心競爭力，科技進步的體現(xiàn)就是產(chǎn)品質(zhì)量的升級及可靠性的提高。

可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方面，通常所說的產(chǎn)品質(zhì)量好包含兩層意思：一是達到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，二是在使用中很可靠?？煽啃灾苯雨P(guān)乎產(chǎn)品的使用性能，影響著客戶體驗和滿意度，在軍工、導(dǎo)航、通信及航空/航天等領(lǐng)域，可靠性是用戶最為關(guān)注的核心指標(biāo)之一。

評價一個電子產(chǎn)品，一是看功能是否先進、外觀是否美觀，這屬于產(chǎn)品的電路及結(jié)構(gòu)設(shè)計問題；二是看能否以高效率、低成本的方式制造出來，這屬于產(chǎn)品的可制造性問題；三是看質(zhì)量是否穩(wěn)定、產(chǎn)品是否可靠，這屬于產(chǎn)品的使用性問題。其中，電路和結(jié)構(gòu)決定了電子產(chǎn)品的功能、外觀和性能指標(biāo)，是設(shè)計師關(guān)注的核心問題；產(chǎn)品的可制造性決定了設(shè)計方案能否以高效率、低成本的方式轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，是制造廠家關(guān)注的重點；而產(chǎn)品的可靠性決定了產(chǎn)品能否在各種條件下經(jīng)久耐用，是用戶關(guān)注的問題，代表了產(chǎn)品設(shè)計水平，也是企業(yè)核心競爭力的重要體現(xiàn)。

影響電子產(chǎn)品可靠性的主要因素

一般來說，電子產(chǎn)品的可靠性與壽命有關(guān)。電子元器件的平均壽命越長，電子產(chǎn)品的可靠性往往越高。但可靠性與壽命又不是同一個概念，電子產(chǎn)品的可靠性高，不一定壽命就長，壽命長其可靠性也不一定高，這都與使用要求有關(guān)。

影響電子產(chǎn)品可靠性的要素主要包括以下幾個：

（1）自然環(huán)境

電子元器件在工作中受環(huán)境因素影響較大，如溫度、濕度、鹽霧、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(chǎn)生影響，使其電氣性能下降，甚至損傷元器件，從而引發(fā)故障。

（2）機械結(jié)構(gòu)

電子產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足使用工況的要求，強烈的機械振動或碰撞會使設(shè)備產(chǎn)生機械結(jié)構(gòu)的損傷變形，甚至導(dǎo)致電子元器件的物理損傷或失效，致使電子產(chǎn)品無法正常運行。

（3）電磁環(huán)境

環(huán)境中的電磁波無處不在，電子產(chǎn)品在運行中，無時無刻不與空間中的電磁信號進行接觸。在電磁信號的影響下，電子電路的噪聲會變大，穩(wěn)定性會變差，如果干擾嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備運行故障，或危及人身安全。

（4）組裝工藝

除元器件品質(zhì)及設(shè)計因素外，制造過程也會直接影響產(chǎn)品的可靠性，組裝工藝的不同會直接影響連接牢固度、密封性、耐環(huán)境腐蝕能力等，進而影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

事實上，除使用可靠性外，電子產(chǎn)品的固有可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，都是由設(shè)計、制造過程決定的，也就是說，電子產(chǎn)品制造出來后，電子產(chǎn)品的主要可靠性指標(biāo)已經(jīng)固定不變了，外部環(huán)境只是對可靠性的一種考驗，因此，提高電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵在于提高設(shè)計和制造水平。

提高電子產(chǎn)品可靠性的主要措施

提高電子產(chǎn)品可靠性主要是指提高其固有可靠性，入手點在于源頭設(shè)計和制造過程，主要措施需根據(jù)影響可靠性的相關(guān)因素制定，包括元器件的品質(zhì)選擇、結(jié)構(gòu)及電路的設(shè)計、組裝工藝的選擇等方面。

1.可靠性設(shè)計

提高產(chǎn)品可靠性的措施，在設(shè)計層面主要包括以下幾個方面：

（1）可靠性預(yù)計

可靠性預(yù)計屬于設(shè)計層面的措施，是指針對產(chǎn)品的可靠性要求，在總體設(shè)計階段對可靠性指標(biāo)進行預(yù)先分解和評估，從而可為后續(xù)設(shè)計工作的順利開展打下基礎(chǔ)。

進行可靠性預(yù)計，應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)根據(jù)所選用的電路形式、可靠性結(jié)構(gòu)模型、元器件、工作環(huán)境及以前積累的數(shù)據(jù)，對電子產(chǎn)品的可靠性進行預(yù)計分析，以便提前采取措施，對這類產(chǎn)品在未來應(yīng)用中可能發(fā)生的故障進行科學(xué)應(yīng)對。

② 設(shè)計人員應(yīng)給予電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計足夠的重視，并將相應(yīng)的預(yù)計分析工作落實到位，確保這類產(chǎn)品可靠性預(yù)計的有效性。

（2）電子元器件的合理選用

對于電子產(chǎn)品而言，元器件的可靠性水平?jīng)Q定了整機的可靠性程度。電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計工作的開展中，需要重視實踐中與之相關(guān)的電子元器件的合理選用，從而滿足其可靠性設(shè)計要求。

電子元器件選用應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)綜合考慮電路性能、運行環(huán)境、成本控制等要素，選擇滿足使用要求且性價比良好的電子元器件，為電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計方案的形成提供支持。

② 在電子元器件的選用過程中，需要對不同類型的元器件進行對比分析，確定電子產(chǎn)品所需的最佳電子元器件。

③ 應(yīng)對設(shè)計過程中選用電子元器件的實際應(yīng)用效果進行科學(xué)評估，以確保這類元器件在電子產(chǎn)品應(yīng)用中有良好的適用性。

④ 元器件降額使用。元器件選型過程中，通常將電子元器件的工作應(yīng)力適度降低，低于規(guī)定的額定值，從而降低元器件的基本故障率?！敖殿~設(shè)計”是降低基本故障率的常用手段，在最佳降額范圍內(nèi)，采?、窦墶ⅱ蚣?、Ⅲ級降額等級，可實現(xiàn)可靠性提高和成本控制的最優(yōu)方案。

（3）熱設(shè)計

現(xiàn)代電子產(chǎn)品中元器件密度不斷增大，元器件之間通過傳導(dǎo)、輻射和對流產(chǎn)生大量的熱耦合，熱應(yīng)力成為影響電子產(chǎn)品可靠性的重要因素之一。因此，需要對電子產(chǎn)品進行合理的熱設(shè)計，以確保在其設(shè)計方案作用下的電子產(chǎn)品能夠處于良好的應(yīng)用模式。

熱設(shè)計應(yīng)注意以下要求。

① 電子產(chǎn)品熱設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用要求，單獨或綜合采用散熱、加裝散熱器和制冷三種基本技術(shù)手段，以獲得理想的熱設(shè)計方案，最大限度地滿足電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計要求。

② 在電子產(chǎn)品的熱設(shè)計過程中，需要設(shè)計人員結(jié)合實際情況，合理使用對流散熱方式、傳導(dǎo)散熱方式和利用熱輻射特性方式，使這些方式作用下的電子產(chǎn)品能夠保持良好的散熱狀況。這樣有利于增強電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計的效果，使其在最終的設(shè)計方案應(yīng)用中更具科學(xué)性。

（4）冗余設(shè)計

電子產(chǎn)品冗余設(shè)計是指利用一臺或多臺相同的系統(tǒng)構(gòu)成并聯(lián)形式，在其中某一系統(tǒng)發(fā)生故障時進行科學(xué)應(yīng)對。在冗余設(shè)計的作用下，電子產(chǎn)品應(yīng)用中的某一元器件發(fā)生故障時，其他元器件依然可以正常工作，從而滿足電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計要求。

進行冗余設(shè)計，應(yīng)注意以下要求。

① 在遵循冗余理論的前提下，應(yīng)充分結(jié)合實踐經(jīng)驗，以確定電子產(chǎn)品所需的冗余設(shè)計方案，進而為其可靠性設(shè)計水平的提升提供保障。

② 冗余設(shè)計會增大整個系統(tǒng)的體積、質(zhì)量和成本。因此只有在較重要的電子產(chǎn)品中（如導(dǎo)彈制導(dǎo)、原子彈引信等）才采用。

（5）電磁兼容性設(shè)計

在電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計過程中，為了使最終得到的產(chǎn)品能夠達到國家電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求，避免電子電路運行中產(chǎn)生相互干擾，需要考慮電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計。

電磁兼容性設(shè)計的一般要求如下。

① 設(shè)計人員應(yīng)通過對印制電路板設(shè)計、電源線濾波、屏蔽機箱、信號線濾波、電纜設(shè)計、接地等技術(shù)的合理運用，使電子產(chǎn)品在應(yīng)用中滿足電磁兼容方面的要求，進而提升其應(yīng)用價值。

② 在電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計方案形成過程中，應(yīng)充分考慮元器件的電磁特性和敏感特性，對電子產(chǎn)品的電路狀況也應(yīng)重點關(guān)注，必要時應(yīng)進行改進處理。

③ 電磁兼容性設(shè)計過程中，應(yīng)準(zhǔn)確識別易受干擾電路和不易受干擾電路，并按照分類處理的原則采取針對性措施，從而保持電子產(chǎn)品具有良好的電磁兼容性。

（6）可維修性設(shè)計

實踐中通過對電子產(chǎn)品可修復(fù)性特點的考慮，需要在其可靠性設(shè)計中注重可維修性方面的設(shè)計，從而消除電子產(chǎn)品應(yīng)用中可能存在的安全隱患。

進行電子產(chǎn)品可維修性設(shè)計，應(yīng)注意以下要求。

① 應(yīng)從維修便捷性、成本經(jīng)濟性等方面進行考慮，以確定電子產(chǎn)品所需的可維修性設(shè)計方案，從而為產(chǎn)品維修工作的開展提供科學(xué)指導(dǎo)。

② 應(yīng)選用性能可靠的維修工具，使這類工具支持下的電子產(chǎn)品維修工作效率得以提高，并完善其可維修性設(shè)計方案。

③ 應(yīng)處理好電子產(chǎn)品可維修性設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題，以確保其設(shè)計方案應(yīng)用的有效性。

（7）結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

電子產(chǎn)品在使用、運輸中會受到各種環(huán)境因素的影響，這些環(huán)境因素可能會加速或造成電子產(chǎn)品的損壞，在電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要充分考慮這些不利因素的影響，提高電子產(chǎn)品的防護能力，進而提高電子產(chǎn)品的可靠性。

1.結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的作用及要求主要包括：

① 通過采用有效的散熱裝置控制元器件的溫升；

② 消減振動、沖擊、碰撞等機械因素對產(chǎn)品造成的危害；

③ 排除內(nèi)部與外部的噪聲干擾；

④ 加強防腐、防潮、防霉的研究，延長結(jié)構(gòu)材料使用壽命；

⑤ 設(shè)計過程應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化要求。

2.可靠性試驗驗證

可靠性試驗是研究失效及其影響結(jié)果，并為提高或評價試驗對象的可靠性而進行的各種試驗的總稱。從廣義上說，凡是為了了解、評價、考核、分析和提高可靠性而進行的試驗，都可稱為可靠性試驗?？煽啃栽囼灱夹g(shù)是在20世紀(jì)50年代開始發(fā)展起來的，最早應(yīng)用于軍工產(chǎn)品，至今已在航空、航天、電子、自動化、汽車和計算機等行業(yè)廣泛應(yīng)用。可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)研、分析和評估的一種重要手段，也是提高和保證產(chǎn)品可靠性的一個重要環(huán)節(jié)。

當(dāng)一個產(chǎn)品制造出來后，原則上，其性能指標(biāo)應(yīng)該可以達到原設(shè)計所規(guī)定的可靠性要求，但實際情況要復(fù)雜得多。事實上，設(shè)計過程很難將所有的可靠性問題考慮周全，不同的可靠性指標(biāo)間甚至存在矛盾或沖突，只能采用折中設(shè)計，對于復(fù)雜系統(tǒng)，這種情況更為明顯。因此，有必要通過一系列可靠性試驗驗證可靠性指標(biāo)的實現(xiàn)程度，或發(fā)現(xiàn)并判明各種故障和缺陷。

可靠性試驗的原理是：模擬現(xiàn)場工作條件及壽命周期中的其他環(huán)境條件，將各種工作模式和各種應(yīng)力條件按照一定的時間比例、一定的循環(huán)次序反復(fù)施加到受試產(chǎn)品上。經(jīng)過對受試產(chǎn)品的失效進行分析和處理，將得到的信息反饋到設(shè)計、制造、材料和管理等部門進行改進，以提高產(chǎn)品的固有可靠性，同時依據(jù)試驗的結(jié)果對電子產(chǎn)品的可靠性做出評定?？煽啃栽囼炓_到預(yù)期的效果，必須特別重視試驗條件的選擇、試驗周期的設(shè)計和失效判據(jù)的確定。

值得注意的是，對于各種電子產(chǎn)品環(huán)境試驗條件的擬定，必須根據(jù)具體的使用情況來考慮。例如，電子產(chǎn)品的循環(huán)試驗，采用不同的試驗順序，所產(chǎn)生的試驗結(jié)果就不一樣。以氣候因素的循環(huán)試驗為例，當(dāng)采用高溫→潮濕→低溫的試驗順序時（即電子產(chǎn)品先在烘箱中進行加溫，使元器件受熱干燥。然后，將其放進潮濕箱，在毛細(xì)力作用下，使元器件吸潮。最后，將元器件置于冷凍箱中冷卻），若產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，則在熱脹冷縮的作用下，極易引起破裂。而如果按潮濕→高溫→低溫的順序進行，由于高溫烘烤首先對元器件進行了去潮處理，則潮濕對產(chǎn)品的影響相當(dāng)于被人為屏蔽了，此時試驗過程只能反映出產(chǎn)品受冷熱交替變化的影響，結(jié)果顯然是不一樣的。

電子產(chǎn)品可靠性試驗介紹

1.可靠性試驗的目的

據(jù)統(tǒng)計，在電子產(chǎn)品中，元器件和零部件缺陷、工藝缺陷及設(shè)計缺陷各占1/3左右。糾正這些缺陷，使產(chǎn)品的可靠性逐漸提高，達到設(shè)計的要求，所花費的時間是要求的MTBF的5～25倍。所以，一個產(chǎn)品從研制定型到批量生產(chǎn)，始終都離不開可靠性試驗。盡管可靠性試驗往往成本很高，但有效的可靠性試驗可以成倍地提高初始樣機的可靠度，從而取得更大的經(jīng)濟效益。

可靠性試驗的目的就是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期中的可靠性問題，并加以分析、評估和處理?？煽啃栽囼炟灤┯诋a(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護的各個階段。

① 在研制階段用以暴露試制產(chǎn)品各方面的缺陷，評價電子產(chǎn)品可靠性達到預(yù)定指標(biāo)的情況，保證出售產(chǎn)品的可靠性。

② 對新材料、新產(chǎn)品、新工藝和新設(shè)計進行評價，研究新的試驗方法。

③ 生產(chǎn)階段為監(jiān)控生產(chǎn)過程提供信息，暴露使用過程中出現(xiàn)的不確定因素，研究預(yù)防故障發(fā)生的措施。

④ 暴露和分析電子產(chǎn)品在不同環(huán)境和應(yīng)力條件下的失效規(guī)律及有關(guān)的失效模式和失效機理。

⑤ 對定型產(chǎn)品進行可靠性鑒定或驗收，研究電子產(chǎn)品的失效分布規(guī)律。

⑥ 為改進產(chǎn)品可靠性，制定和改進可靠性試驗方案，為用戶選用電子產(chǎn)品提供依據(jù)，為進行有效的可靠性管理提供依據(jù)。

2.可靠性試驗的分類

根據(jù)試驗的環(huán)境條件、試驗的目的、產(chǎn)品的工作階段、施加的應(yīng)力強度、對可靠性的影響、試驗產(chǎn)品的破壞程度、試驗規(guī)模及抽樣方案的類型等，可將可靠性試驗分成很多種類。

一）按環(huán)境條件分類

按環(huán)境條件分類，可靠性試驗包括：

（1）穩(wěn)定性試驗

將產(chǎn)品置于人工模擬的工作環(huán)境之中，按照技術(shù)指標(biāo)的要求，考核產(chǎn)品抵抗每種環(huán)境影響因素的能力。如耐溫、耐濕和耐壓的穩(wěn)定性，不滲水性，以及耐振動、沖擊、加速度等各種穩(wěn)定性項目的試驗。

（2）綜合性試驗

考驗產(chǎn)品在綜合因素的作用下所能達到的性能指標(biāo)。這種試驗比較接近實際使用情況，所以在環(huán)境試驗中占有重要地位。

二）按試驗項目分類

按試驗項目分類，可靠性試驗包括：

（1）可靠性壽命試驗

通常采用的是破壞性壽命試驗，其任務(wù)是在規(guī)定的條件下，抽取一定數(shù)量的樣品做壽命試驗，記錄每個元器件失效時間，進行全部數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，求出元器件的可靠性指標(biāo)，用以評價產(chǎn)品的可靠性水平，并進一步分析產(chǎn)品失效的原因，提出提高可靠性的措施?？煽啃詨勖囼炇歉鞣N可靠性試驗中最主要的內(nèi)容，也是與統(tǒng)計方法關(guān)系最密切的內(nèi)容。

（2）可靠性環(huán)境試驗

可靠性環(huán)境試驗研究各種環(huán)境條件對元器件的影響。環(huán)境應(yīng)力是指產(chǎn)品工作時所承受的不利環(huán)境條件，如溫度、濕度、電壓、污染、振動、霧、輻射等。

（3）可靠性篩選試驗

可靠性篩選試驗是對合格產(chǎn)品進行全數(shù)檢查，淘汰潛在的早期失效元器件，以提高整批元器件的可靠性?？煽啃院Y選試驗是提高產(chǎn)品可靠性行之有效的基礎(chǔ)工作。

（4）整機可靠性鑒定試驗

整機可靠性鑒定試驗安排在新產(chǎn)品試制成功以后，目的是驗證設(shè)備設(shè)計能否在規(guī)定的環(huán)境條件下滿足規(guī)定的性能及可靠性要求。這種試驗是以壽命試驗的方式進行的，要求對設(shè)備的平均壽命做出定量的鑒定。

（5）整機可靠性驗收試驗

當(dāng)產(chǎn)品投入連續(xù)生產(chǎn)后，應(yīng)對整機安排一系列定期試驗，用以確定設(shè)備能否滿足相應(yīng)的性能和可靠性要求，用來確定每批產(chǎn)品是否可以出廠交付使用。可靠性驗收試驗雖然也是以壽命試驗的方式進行的，但它只要求制定一個簡單的驗收方案和驗收標(biāo)準(zhǔn)，供試驗工作人員掌握并做出判斷。整機可靠性驗收方案及其驗收標(biāo)準(zhǔn)稱為可靠性抽樣檢驗方案。

三）按試驗?zāi)康姆诸?/strong>

按試驗?zāi)康姆诸?，可靠性試驗包括?/p>

（1）可靠性工程試驗

可靠性工程試驗的目的是暴露產(chǎn)品設(shè)計、工藝、元器件和原材料等方面存在的缺陷或故障，對其進行分析，采取糾正措施并加以排除，使產(chǎn)品的固有可靠性得到提升，達到合同規(guī)定的可靠性要求。

（2）可靠性統(tǒng)計試驗

可靠性統(tǒng)計試驗的目的是驗證產(chǎn)品是否達到了規(guī)定的可靠性水平，而不是暴露產(chǎn)品存在的缺陷或故障?？煽啃越y(tǒng)計試驗又稱為可靠性驗證試驗。對于不同的產(chǎn)品，為了達到不同的目的，可以選擇不同的可靠性試驗方法。

電子產(chǎn)品與我們的生活密不可分。電子產(chǎn)品的質(zhì)量在一定程度上也直接影響著我們的生活水平。電子產(chǎn)品的可靠性是衡量電子產(chǎn)品質(zhì)量和使用性的重要指標(biāo)，可靠性的提升是電子產(chǎn)品穩(wěn)定運行的基本保障。

影響電子產(chǎn)品可靠性的因素很多，包括自然環(huán)境、機械環(huán)境和電磁環(huán)境等?？煽啃栽O(shè)計工作就是圍繞這些環(huán)境因素，在設(shè)計和制造中采取相應(yīng)措施，以提高產(chǎn)品的防護能力和適用性，進而保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量，提升電子產(chǎn)品的核心競爭力。