電子元器件檢測驗證 可靠性測試方案

隨著材料技術、元器件技術和電子學設計技術的不斷發(fā)展，電子產品的功能越來越復雜、集成度越來越高，對電子產品的可靠性也提出了更高的要求。提高產品的可靠性，使其發(fā)揮最佳性能，是提升一個電子產品品質的關鍵因素，也直接影響著最終用戶的評價。電子產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，提高了產品的可靠性也就提高了產品的核心競爭力，科技進步的體現就是產品質量的升級及可靠性的提高。

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

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

影響電子產品可靠性的主要因素

一般來說，電子產品的可靠性與壽命有關。電子元器件的平均壽命越長，電子產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。

影響電子產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）機械結構

電子產品的機械結構設計要滿足使用工況的要求，強烈的機械振動或碰撞會使設備產生機械結構的損傷變形，甚至導致電子元器件的物理損傷或失效，致使電子產品無法正常運行。

（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，如果干擾嚴重，甚至會導致設備運行故障，或危及人身安全。

（4）組裝工藝

除元器件品質及設計因素外，制造過程也會直接影響產品的可靠性，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，進而影響電子產品的質量和可靠性。

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

提高電子產品可靠性的主要措施

提高電子產品可靠性主要是指提高其固有可靠性，入手點在于源頭設計和制造過程，主要措施需根據影響可靠性的相關因素制定，包括元器件的品質選擇、結構及電路的設計、組裝工藝的選擇等方面。

1.可靠性設計

提高產品可靠性的措施，在設計層面主要包括以下幾個方面：

（1）可靠性預計

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

進行可靠性預計，應注意以下要求。

① 應根據所選用的電路形式、可靠性結構模型、元器件、工作環(huán)境及以前積累的數據，對電子產品的可靠性進行預計分析，以便提前采取措施，對這類產品在未來應用中可能發(fā)生的故障進行科學應對。

② 設計人員應給予電子產品可靠性預計足夠的重視，并將相應的預計分析工作落實到位，確保這類產品可靠性預計的有效性。

（2）電子元器件的合理選用

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

電子元器件選用應注意以下要求。

① 應綜合考慮電路性能、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，為電子產品可靠性設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，確定電子產品所需的最佳電子元器件。

③ 應對設計過程中選用電子元器件的實際應用效果進行科學評估，以確保這類元器件在電子產品應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~設計”是降低基本故障率的常用手段，在最佳降額范圍內，采取Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級降額等級，可實現可靠性提高和成本控制的最優(yōu)方案。

（3）熱設計

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

熱設計應注意以下要求。

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

② 在電子產品的熱設計過程中，需要設計人員結合實際情況，合理使用對流散熱方式、傳導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品能夠保持良好的散熱狀況。這樣有利于增強電子產品可靠性設計的效果，使其在最終的設計方案應用中更具科學性。

（4）冗余設計

電子產品冗余設計是指利用一臺或多臺相同的系統(tǒng)構成并聯形式，在其中某一系統(tǒng)發(fā)生故障時進行科學應對。在冗余設計的作用下，電子產品應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，從而滿足電子產品可靠性設計要求。

進行冗余設計，應注意以下要求。

① 在遵循冗余理論的前提下，應充分結合實踐經驗，以確定電子產品所需的冗余設計方案，進而為其可靠性設計水平的提升提供保障。

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

（5）電磁兼容性設計

在電子產品可靠性設計過程中，為了使最終得到的產品能夠達到國家電磁兼容標準要求，避免電子電路運行中產生相互干擾，需要考慮電子產品的電磁兼容性設計。

電磁兼容性設計的一般要求如下。

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

② 在電子產品的電磁兼容性設計方案形成過程中，應充分考慮元器件的電磁特性和敏感特性，對電子產品的電路狀況也應重點關注，必要時應進行改進處理。

③ 電磁兼容性設計過程中，應準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，從而保持電子產品具有良好的電磁兼容性。

（6）可維修性設計

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

進行電子產品可維修性設計，應注意以下要求。

① 應從維修便捷性、成本經濟性等方面進行考慮，以確定電子產品所需的可維修性設計方案，從而為產品維修工作的開展提供科學指導。

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

③ 應處理好電子產品可維修性設計中的細節(jié)問題，以確保其設計方案應用的有效性。

（7）結構可靠性設計

電子產品在使用、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品的損壞，在電子產品結構設計過程中，要充分考慮這些不利因素的影響，提高電子產品的防護能力，進而提高電子產品的可靠性。

1.結構可靠性設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品造成的危害；

③ 排除內部與外部的噪聲干擾；

④ 加強防腐、防潮、防霉的研究，延長結構材料使用壽命；

⑤ 設計過程應遵循標準化、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是在20世紀50年代開始發(fā)展起來的，最早應用于軍工產品，至今已在航空、航天、電子、自動化、汽車和計算機等行業(yè)廣泛應用。可靠性試驗是對產品的可靠性進行調研、分析和評估的一種重要手段，也是提高和保證產品可靠性的一個重要環(huán)節(jié)。

當一個產品制造出來后，原則上，其性能指標應該可以達到原設計所規(guī)定的可靠性要求，但實際情況要復雜得多。事實上，設計過程很難將所有的可靠性問題考慮周全，不同的可靠性指標間甚至存在矛盾或沖突，只能采用折中設計，對于復雜系統(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的實現程度，或發(fā)現并判明各種故障和缺陷。

可靠性試驗的原理是：模擬現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力條件按照一定的時間比例、一定的循環(huán)次序反復施加到受試產品上。經過對受試產品的失效進行分析和處理，將得到的信息反饋到設計、制造、材料和管理等部門進行改進，以提高產品的固有可靠性，同時依據試驗的結果對電子產品的可靠性做出評定?？煽啃栽囼炓_到預期的效果，必須特別重視試驗條件的選擇、試驗周期的設計和失效判據的確定。

值得注意的是，對于各種電子產品環(huán)境試驗條件的擬定，必須根據具體的使用情況來考慮。例如，電子產品的循環(huán)試驗，采用不同的試驗順序，所產生的試驗結果就不一樣。以氣候因素的循環(huán)試驗為例，當采用高溫→潮濕→低溫的試驗順序時（即電子產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），若產品質量不過關，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，則潮濕對產品的影響相當于被人為屏蔽了，此時試驗過程只能反映出產品受冷熱交替變化的影響，結果顯然是不一樣的。

電子產品可靠性試驗介紹

1.可靠性試驗的目的

據統(tǒng)計，在電子產品中，元器件和零部件缺陷、工藝缺陷及設計缺陷各占1/3左右。糾正這些缺陷，使產品的可靠性逐漸提高，達到設計的要求，所花費的時間是要求的MTBF的5～25倍。所以，一個產品從研制定型到批量生產，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，從而取得更大的經濟效益。

可靠性試驗的目的就是發(fā)現產品全壽命周期中的可靠性問題，并加以分析、評估和處理。可靠性試驗貫穿于產品設計、生產、使用、維護的各個階段。

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

② 對新材料、新產品、新工藝和新設計進行評價，研究新的試驗方法。

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

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

⑤ 對定型產品進行可靠性鑒定或驗收，研究電子產品的失效分布規(guī)律。

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

2.可靠性試驗的分類

根據試驗的環(huán)境條件、試驗的目的、產品的工作階段、施加的應力強度、對可靠性的影響、試驗產品的破壞程度、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

將產品置于人工模擬的工作環(huán)境之中，按照技術指標的要求，考核產品抵抗每種環(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

考驗產品在綜合因素的作用下所能達到的性能指標。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，其任務是在規(guī)定的條件下，抽取一定數量的樣品做壽命試驗，記錄每個元器件失效時間，進行全部數據的統(tǒng)計分析，求出元器件的可靠性指標，用以評價產品的可靠性水平，并進一步分析產品失效的原因，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容，也是與統(tǒng)計方法關系最密切的內容。

（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)境應力是指產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品進行全數檢查，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選試驗是提高產品可靠性行之有效的基礎工作。

（4）整機可靠性鑒定試驗

整機可靠性鑒定試驗安排在新產品試制成功以后，目的是驗證設備設計能否在規(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，要求對設備的平均壽命做出定量的鑒定。

（5）整機可靠性驗收試驗

當產品投入連續(xù)生產后，應對整機安排一系列定期試驗，用以確定設備能否滿足相應的性能和可靠性要求，用來確定每批產品是否可以出廠交付使用?？煽啃则炇赵囼炿m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準，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準稱為可靠性抽樣檢驗方案。

三）按試驗目的分類

按試驗目的分類，可靠性試驗包括：

（1）可靠性工程試驗

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

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

影響電子產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。可靠性設計工作就是圍繞這些環(huán)境因素，在設計和制造中采取相應措施，以提高產品的防護能力和適用性，進而保證電子產品的質量，提升電子產品的核心競爭力。