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电子设备可靠性的基本概念

2019-02-14 16:00
可靠性杂坛
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一、电子设备可靠性问题的产生

现代电子设备,特别是军用电子装备越来越朝向轻、薄、短、小、高密度化、高自动化和高精度方向发展,其发展的主要技术矛盾在于:若不采取专门措施来提高其可靠性,那么设备越复杂、越精确,则其可靠性就越低。例如,一台现代电子装备系统由若干元器件及各种制造环节(工艺)集合而成,它们彼此间又是相互依赖的复杂系统。如果其中有一个元器件损坏或某一个制造环节不完善,那么整个系统就会失效。可见一个现代电子装备系统工作的可靠性并不超过构成系统中可靠性最小的元器件的工作可靠性及各制造环节的工艺可靠性。在第二次世界大战末期(1944—1945年),特别是在朝鲜战争时期(1950—1952年),据美国相关资料报导,无线电通信设备有14%的时间,水声设备有48%的时间,雷达设备约有84%的时间等是处于非工作状态的;仅1949年就约有70%的海洋用无线电电子设备是处于非工作状态的……因此,查明不可靠性的原因,提高无线电电子设备可靠性问题,在美国就已经成为全国性的刻不容缓的事情。美国陆军、海军的数十个军事部门大规模地进行了设备的调查工作。也就是从这时开始,可靠性的统计研究方法得到了公认。

二、电子设备可靠性的定义与数学描述

1.可靠性的定义根据国家标准GB 6583—1994的规定,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的功能的能力。电子设备或系统实际使用的可靠性叫做工作可靠性。工作可靠性又可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是产品设计和制造者必须确立的可靠性,即按照可靠性规划,从原材料和零部件的选用,经过设计、制造、试验,直到设备或系统出产的各个阶段所确立的可靠性。使用可靠性是指已生产的产品,经过包装、运输、储存、安装、使用、维修等因素影响的可靠性。从现代观点看,随着微组装工艺技术的不断引入,可靠性包含了耐久性、可维修性、设计可靠性及工艺可靠性四大要素。●耐久性:产品使用的无故障性或使用寿命长就是耐久性。例如,当空间探测卫星发射后,人们希望它能无故障地长时间工作,但从某一个角度来说,任何产品都不可能100%不会发生故障。●可维修性:当产品发生故障后,能够很快、很容易地通过维护排除故障,就是可维修性。而像飞机、汽车都是价格很高而且非常注重安全可靠性的要求,这一般通过日常的维护和保养来大大延长它的使用寿命,这是预防维修。●设计可靠性:这是决定产品质量的关键,由于人-机系统的复杂性,以及人在操作中可能存在的差错和操作使用环境的种种因素影响,发生错误的可能性依然存在,所以设计的时候必须充分考虑产品的易使用性和易操作性,这就是设计可靠性。●工艺可靠性:高密度、微组件、微焊接技术在现代电子制造中越来越普遍。美国是世界上第二个发射卫星的国家,就是这种提高国家威望的大事,也曾因为涉及焊接的一点小问题而受挫折。当今国内外电子产品由制造因素导致的失效中,约有80%是出自焊接质量问题。而在焊点的失效中,面阵列封装器件(如BGA、CSP、FCOB等)焊点的失效又约占整个焊接缺陷的80%左右。显然解决面阵列封装器件(如BGA、CSP、FCOB等)的焊点失效问题,是改善现代电子产品制造质量和可靠性的重中之重,这就是工艺可靠性所面临的挑战。

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