【正文】 工藝管制及檢驗(yàn) 1．5 產(chǎn)品可靠性1．5．1 可靠性概述1． 可靠性的概念可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成規(guī)定功能的能力。例如，一般半導(dǎo)體器件使用時(shí)的輸出功率越小，其可靠性越高。時(shí)間越長(zhǎng)，可靠性越低?？煽啃允钱a(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)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(dá)到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，二是要在使用中很可靠。但是，大量偶然事件中包含規(guī)律性是必然的。在可靠性理論中，描述可靠性的特征量有許多種，這里給出可靠性的最基本的幾個(gè)指標(biāo)。R(t)= 100% （）式中 R(t)——產(chǎn)品在時(shí)間t內(nèi)正常工作的概率； N——試驗(yàn)樣品數(shù)； n ——規(guī)定時(shí)間t內(nèi)的故障數(shù)；（N n）——規(guī)定時(shí)間t內(nèi)仍然完好的產(chǎn)品數(shù)。顯然，0≤R(t)≤1 ，R(t)越接近1，表示可靠度越大。F(t)與R(t)是對(duì)立事件，二者的關(guān)系是： F(t)+R(t)=1 （）（3）失效率（瞬時(shí)失效率） 失效率是指產(chǎn)品工作到t時(shí)刻后的一單位時(shí)間內(nèi)的失效數(shù)與在t時(shí)刻尚能正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比。λ(t)用單位時(shí)間的百分?jǐn)?shù)表示，用1106/1000h（或1109/h）作為失效率單位，即100萬個(gè)元件工作1000小時(shí)后出現(xiàn)一個(gè)失效元件，稱為1菲特。對(duì)電子產(chǎn)品來說，產(chǎn)品的復(fù)雜程度、電路和元器件的選擇與使用、元器件的工作參數(shù)及其可靠度，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)和制造工藝等影響產(chǎn)品的固有可靠性。（2）使用可靠性 使用可靠性是指使用和維護(hù)人員對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。（3）環(huán)境適應(yīng)性 環(huán)境適應(yīng)性是指產(chǎn)品所處的環(huán)境條件對(duì)可靠性的影響。（2）注意可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系 產(chǎn)品的可靠性提高，將造成生產(chǎn)和科研費(fèi)用增加，即生產(chǎn)成本提高，但使用和維修費(fèi)用將隨可靠性提高而降低，因此總的費(fèi)用不一定增加。關(guān)于加工工藝的要求，在以后各章中均有涉及，在此不再贅述。（1）元器件的失效規(guī)律，這就是常說的船形曲線或浴盆曲線，它分為三個(gè)階段： 典型普通元器件失效曲線在使用的早期，由于設(shè)計(jì)、制造上的缺陷而發(fā)生的失效叫做早期失效，對(duì)應(yīng)的失效期為早期失效期。研究偶然失效期對(duì)實(shí)踐指導(dǎo)最有意義，電子設(shè)備的所有元器件和組件都應(yīng)工作在失效率較低的偶然失效期,盡量避免工作在耗損失效期。所謂降額使用就是元器件的額定參數(shù)要高于使用參數(shù)。而每一個(gè)子系統(tǒng)或部件又由多個(gè)元器件組成。（2）冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度低于各子系統(tǒng)的可靠度，當(dāng)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)不能滿足預(yù)定要求時(shí)，可以采用備份元件或備份系統(tǒng)的方法提高可靠性，稱為冗余系統(tǒng)或備份系統(tǒng)?？梢?，備份越多，可靠性越高，但設(shè)備費(fèi)用卻成倍增加，因此，可靠性的提高，要著重提高基礎(chǔ)件（或子系統(tǒng)）的可靠性，而不提倡采用備份。2．選用電子元器件的方法對(duì)電子元器件進(jìn)行篩選，就是要從一批元器件中選出可靠性較高的元器件，淘汰那些有潛在缺陷而導(dǎo)致早期失效的元器件，這對(duì)提高電子產(chǎn)品的可靠性有重要意義。③老煉篩選：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)產(chǎn)品施加各種應(yīng)力條件后進(jìn)行測(cè)試挑選。目前主要用老煉篩選法。1．電阻器的降額使用要點(diǎn)元器件實(shí)際使用時(shí)的參數(shù)與額定值的比值為降額系數(shù)，用S表示。2．電容器的降額使用要點(diǎn)電容器的使用溫度一般應(yīng)低于50℃，尤其是電解電容器更不宜在高溫下工作，電解電容器在低于45℃使用時(shí)應(yīng)采用耐寒型。，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。（b）為一個(gè)待機(jī)系統(tǒng)，正常情況下A1執(zhí)行工作，當(dāng)A1出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)自動(dòng)接通，A2接替A1開始工作，所以，只有A1 、A2均不正常時(shí)，系統(tǒng)才不能運(yùn)行。1．5．5 進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)將電子設(shè)備置于模擬的工作環(huán)境或?qū)嶋H使用環(huán)境中、按照技術(shù)指標(biāo)的要求進(jìn)行試驗(yàn)，以考核其性能和可靠性。如耐溫、耐濕、耐壓、密封、耐振動(dòng)、耐沖擊等的穩(wěn)定性試驗(yàn)。具體做法有：采用故障檢測(cè)電路及故障預(yù)、報(bào)警裝置；采用插入單元和便于替換部件結(jié)構(gòu)；減少檢修通道上的障礙以便于維修；采用標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)和快速拆卸結(jié)構(gòu)等。按照腐蝕的機(jī)理分類，可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕。其特征是腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，在金屬表面上有隔離的陽極區(qū)和陰極區(qū)，被腐蝕的是陽極區(qū)。非金屬材料在化學(xué)介質(zhì)或化學(xué)介質(zhì)與其他因素（如應(yīng)力、光、熱等）共同作用下，因變質(zhì)而喪失使用性能稱為非金屬材料腐蝕。2．1．2 腐蝕性環(huán)境因素凡是能夠作為腐蝕介質(zhì)引起材料腐蝕的環(huán)境因素，都可稱之為腐蝕性環(huán)境因素，主要有以下幾種：1． 水分。5． 鹽霧。2．1．3 防腐蝕設(shè)計(jì)的基本要求實(shí)踐證明，采取恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，腐蝕是可以受到一定程度的控制，有些腐蝕事故是可以避免的。通常需要將幾種方法接合起來使用，以獲得經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)果。一些吸濕較大的材料，吸濕后發(fā)生溶脹、變形、強(qiáng)度降低乃至產(chǎn)生機(jī)械性破損。（4）在一定溫度條件下，潮濕有利于霉菌的生長(zhǎng)繁殖，引起非金屬材料的霉?fàn)€。 物體的吸濕有以下四種形式：（1）擴(kuò)散 在高濕環(huán)境下，由于物體本身和周圍環(huán)境的水汽壓力差較大，水分子在壓力差的作用下，向物體內(nèi)部擴(kuò)散，使水分子進(jìn)入物體內(nèi)部。（4）凝露 當(dāng)物體表面溫度低于周圍空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣中的水蒸汽便會(huì)在物體表面上凝結(jié)成水珠，形成一層很厚的水膜。材料表面是否被水潤(rùn)濕，對(duì)材料表面電阻率有很大的影響，一般來講，材料表面被水潤(rùn)濕的程度越大，其表面電阻率下降也越大，材料表面被水潤(rùn)濕的程度可用潤(rùn)濕角來表征。憎水性物體使水在物體表面上收縮成不相連接的小水珠，物體表面不易潤(rùn)濕，水分子不易滲入物體內(nèi)部。方法是把硅有機(jī)化合物盛在容器中，放到加熱器中加熱到50~70℃，讓其揮發(fā)，被處理的元器件和零件在有機(jī)硅蒸汽中吸收有機(jī)硅分子，然后在180~200℃的環(huán)境中烘烤，有機(jī)硅分子滲入元器件和零件所有的毛細(xì)孔和縫隙并與水分子化合，在元器件和零件表面形成憎水性的聚硅烷膜。 蘸漬是把被處理的元器件和零件短時(shí)間（幾秒鐘）地浸泡在絕緣漆中，使元器件和零件表面上形成一層薄絕緣漆膜；也可以用涂覆的辦法在元器件和零件表面涂上一層絕緣漆膜。（3）灌封 灌封是用熱熔狀態(tài)的樹脂、橡膠等將元器件澆注封閉，形成一個(gè)與外界環(huán)境完全隔絕的獨(dú)立的整體。常用的灌封材料有：有機(jī)硅凝膠、有機(jī)硅橡膠、環(huán)氧樹脂等。作為防潮濕的輔助手段，有時(shí)可對(duì)某些設(shè)備采用定期通電加熱的方法來驅(qū)除潮氣，也以用吸潮劑吸掉潮氣。霉菌孢子只有在潮濕的情況下，才能生長(zhǎng)；只有在有水的情況下，霉菌才能進(jìn)行一系列的新陳代謝作用。 霉菌生長(zhǎng)和繁殖最適宜的溫度范圍是20~30℃，溫度高于30℃，霉菌的生長(zhǎng)能力將是顯著下降；溫度超過60℃，霉菌則很容易死亡。霉菌對(duì)電子設(shè)備的危害分為直接危害和間接危害兩種。同時(shí)，霉菌還會(huì)破壞元件和設(shè)備的外觀，以及給以人的身體造成毒害作用。材料的抗霉性，主要取決于材料本身的性質(zhì)，一般含有天然有機(jī)物的材料，如皮革、木材、棉織品、絲綢、紙制品等極易受霉菌的侵蝕；而像石英粉、云母等無機(jī)礦物質(zhì)材料，則不易長(zhǎng)霉。 為此，建議采用玻璃纖維、石棉、云母和石英等為填料的壓塑料和層壓材料。防霉劑的使用有下列三種形式：①混合法：把防霉劑與材料的原料混和在一起，制成具有抗霉能力的材料。棉紗、紙張等可用此法。通常，由于微生物的存在為電子設(shè)備的金屬腐蝕創(chuàng)造了必要的條件或使腐蝕的過程加速。2．3 金屬腐蝕機(jī)理2．3．1金屬腐蝕的定義 金屬材料的腐蝕現(xiàn)象都是在外界腐蝕介質(zhì)的存在下而發(fā)生的。 金屬腐蝕是一種化學(xué)性損壞，單純的機(jī)械作用造成金屬的物理性破壞，不能叫作金屬腐蝕。2．3．2．金屬腐蝕的分類 按照腐蝕作用發(fā)生的機(jī)理，金屬腐蝕可以分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕兩類。其特征是腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，在金屬表面上有隔離的陽極區(qū)和陰極區(qū)，被腐蝕的是陽極區(qū)。 根據(jù)組成腐蝕電池的電極尺寸大小及陰、陽極區(qū)分布隨時(shí)間的穩(wěn)定性，并考慮到促使形成腐蝕電池的影響因素和腐蝕破壞的特征，一般可將腐蝕電池分為宏觀腐蝕電池和微觀腐蝕電池兩大類。l 異種金屬接觸電池。金屬的電極電位與金屬離子的濃度有關(guān)，當(dāng)金屬與含有不同濃度的該金屬離子的溶液接觸時(shí)，濃度稀處，金屬電位較負(fù)；濃度高處，金屬電位較正，從而稀處金屬離子濃差腐蝕電池。由于金屬表面存在電化學(xué)不均勻性，使金屬表面出現(xiàn)許多微小的電極，從而構(gòu)成各種各樣的微小的腐蝕電池，簡(jiǎn)稱微電池。金屬晶界的電位通常比晶粒內(nèi)部的電位低，成為微電池的陽極，腐蝕首先從晶界開始。l 金屬表面膜不完整引起的微電池。如果腐蝕是集中在某一定區(qū)域而表面上的其它部分卻幾乎未遭受腐蝕，則稱為局部腐蝕。局部腐蝕比全面腐蝕危害更大，因?yàn)橥趽p失的金屬量不大的情況下造成非常嚴(yán)重的機(jī)械性能的損壞，而且具有較大的隱蔽性。因此，做好防腐設(shè)計(jì)是保證電子設(shè)備具有高度可靠性的重要環(huán)節(jié)。金屬的耐蝕性能與所接觸的介質(zhì)有密切關(guān)系。（3）選材時(shí)應(yīng)考慮與之相應(yīng)的防腐措施，一種金屬材料加上適當(dāng)?shù)姆栏胧┛梢越M成良好的耐蝕體系。（6）在某些場(chǎng)合可考慮用非金屬代替金屬材料，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等，只要使用得當(dāng)，都可成為設(shè)備的防腐材料。l 鋁及鋁合金采用電化學(xué)氧化處理或化學(xué)氧化處理。l 鋅合金制造的零件，可以采用磷化、鈍化、金屬鍍層或油漆層防護(hù)。環(huán)境腐蝕條件比較苛刻，普通鋼鐵材料難以滿足防腐蝕要求，材料用量又不很大時(shí)，應(yīng)采用高耐蝕材料，如耐海水不銹鋼、銅合金、鎳基合金和鈦合金。例如在海洋性氣候條件下，鋼鐵制品上的鎘鍍層等。③導(dǎo)電性鍍層。 　根據(jù)鍍層與基體金屬之間的電化學(xué)關(guān)系，又可分為下列兩種：①如果鍍層金屬的電位比基體金屬的電位低，當(dāng)鍍層有缺陷（針孔、劃傷等）而與基體金屬形成微電池時(shí)，鍍層將作為陽極，對(duì)基體金屬（陰極）起電化學(xué)保護(hù)作用，這類鍍層叫做陽極鍍層。獲得金屬鍍層的方法有：電鍍、化學(xué)鍍、熱噴鍍、熱浸鍍、熱滲鍍、真空鍍等。鎘鍍層在一般大氣條件下，屬于陰極鍍層，其保護(hù)性不如鋅鍍層，但在鹽霧和海洋氣候條件下，屬于陽極鍍層比鋅鍍層耐腐蝕，故多用于海上和沿海用的電子設(shè)備。2．金屬表面化學(xué)處理 金屬表面化學(xué)處理是利用化學(xué)或電化學(xué)的方法使金屬表面生成某種化合物而形成覆蓋層（化學(xué)轉(zhuǎn)化膜），以達(dá)到防腐蝕的目的。多用于不能電鍍或油漆的零件，有時(shí)也作裝飾性保護(hù)層。磷化膜的另一優(yōu)點(diǎn)是具有較高的電絕緣性，同時(shí)它與基體金屬的結(jié)合很牢固，可作為電機(jī)及變壓器用的硅鋼片的絕緣層。銅及其合金和鐵的鋅鍍層常選用鈍化處理。這層氧化膜質(zhì)地致密、具有良好的吸附能力，但質(zhì)軟不耐磨，耐腐蝕性能較差，故不宜單獨(dú)使用，一般作為涂漆的底層。若在氧化處理后再涂漆則可進(jìn)一步提高其耐蝕能力。涂料具有一定的流動(dòng)性，能在物體表面形成一層連續(xù)的薄膜，該膜能自行進(jìn)行物理和化學(xué)變化，從而變成牢固地附著于物體表面的一層堅(jiān)實(shí)的外皮，這層外皮對(duì)被涂覆的物體具有防腐與美化裝飾作用。塑料涂覆膜的耐蝕性能與塑料本身的耐蝕性能有關(guān)，由于目前塑料種類很多，故通過采用塑料涂覆的方法往往可以獲得許多特殊性能的表面，如絕緣、裝飾等。l 防止參與水分和冷凝液的積聚。當(dāng)兩個(gè)金屬件相接觸時(shí)盡可能采用同種金屬，當(dāng)必須使用不同材料時(shí)，應(yīng)選金屬活潑性相差較近的材料。l 可以采用一種可靠的耐蝕涂料系統(tǒng)保護(hù)不同金屬偶接部位，防止其與周圍介質(zhì)直接接觸，以便電偶腐蝕保持在一可接受的水平。l 為防止應(yīng)力腐蝕，除了注意選擇在給定的環(huán)境介質(zhì)不具有應(yīng)力腐蝕敏感性的金屬材料之外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)注意盡量降低外應(yīng)力、熱應(yīng)力、應(yīng)力集中，應(yīng)避免各種切口、尖角、焊接缺陷等的存在。 2．5 高分子材料的老化與防老化高分子材料主要指塑料、橡膠、涂料等，它們以其良好的耐蝕性、絕緣性、一定的強(qiáng)度、良好的加工成型工藝、較好的裝飾性和各自特有的性能而被廣泛地用于電子設(shè)備的制造中，尤其是工程塑料的廣泛應(yīng)用，使設(shè)備更趨于輕型化、小型化并大大提高了其環(huán)境適應(yīng)能力。電子設(shè)備防腐設(shè)計(jì)中主要以防止大氣老化為主。因此，多數(shù)高分子材料是不耐紫外線作用的。（4）水分 水分起了光氧化的催化劑作用，加速高分子材料的老化。2．高分子材料發(fā)生老化現(xiàn)象的特征高分子材料發(fā)生老化現(xiàn)象有很多特征，但歸納起來主要有以下四個(gè)方面：（1）外觀變化 如變色、龜裂、銀紋、發(fā)粘、變硬、變軟、變脆、變形、失光、粉化、起泡、剝脫等。在評(píng)定高分子材料老化性能時(shí)，不同的材料使用不同的性能指標(biāo)，、橡膠、涂料老化時(shí)所采用的一些常用指標(biāo)。具體包括涂漆、金屬噴涂、浸涂和涂布防老化劑等。塑料制品成型前的原料干燥、增強(qiáng)材料（如玻璃纖維）的表面處理、冷卻速度、成型后的熱處理等，橡膠的塑練、混練、成型、硫化等工序，正確選擇處理方法和合理確定工藝參數(shù)對(duì)防老化都具有重要作用。 這是指機(jī)械力的周期性運(yùn)動(dòng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)干擾，并引起設(shè)備作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)對(duì)設(shè)備作用的頻繁程度和強(qiáng)度大小，非周期性擾動(dòng)力又可分為： （1） 碰撞 設(shè)備或元件在運(yùn)輸和使用過程中經(jīng)常遇到的一種沖擊力。 表征碰撞和沖擊的參數(shù)：波形、峰值加速度、碰撞或沖擊的持續(xù)時(shí)間、碰撞時(shí)間、碰撞次數(shù)等。隨機(jī)振動(dòng)主要是外力的隨機(jī)性引起的， 振動(dòng)與沖擊對(duì)電子設(shè)備的危害上述四種機(jī)械作用均會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成影響，其中危害最大的是振動(dòng)與沖擊，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的損壞或無法工作。 2．電真空器件的電極變形、短路、折斷；或者由于各電極作過多的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，不能正常工作。例如，可變電容器極片共振時(shí)，會(huì)使電容量發(fā)生周期性變化等。9． 錫焊和熔焊處斷開，焊錫屑掉落在電路中間而造成短路故障。4．2減振和緩沖基本原理 為了減少或防止振動(dòng)與沖擊對(duì)電子設(shè)備的影響，通常采取兩種措施：a) 通過材料選用和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)設(shè)備及元器件的耐振動(dòng)耐沖擊能力；b) 在設(shè)備或元器件上安裝減振器，通過隔離振動(dòng)與沖擊，有效地減少振動(dòng)與沖擊對(duì)電子設(shè)備的影響。 （1）主動(dòng)隔振與被動(dòng)隔振 主動(dòng)隔振——在振動(dòng)物體與安裝基礎(chǔ)之間安裝彈性支承即隔振器，減少機(jī)器振動(dòng)力向基礎(chǔ)的傳遞量，使振動(dòng)物體的振動(dòng)得以有效的隔離；這種對(duì)振動(dòng)物體采取隔離的措施稱為主動(dòng)隔振。（2）隔振系