【正文】 完好配合才能實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，對(duì)這些因素的大變化，其整體效果還是穩(wěn)定不變或只限于合格范圍內(nèi)的變動(dòng)。它在某一生產(chǎn)環(huán)境下（設(shè)備、管理、材料、工藝能力、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）也許是‘堅(jiān)固’的，但在另一個(gè)環(huán)境下卻可能變得不‘堅(jiān)固’。用戶必須了解和牢記這一點(diǎn)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素有如下一些方面，不同的產(chǎn)品有不同的考慮重點(diǎn)l DFV——價(jià)格設(shè)計(jì)Design for Value (performance / price ratio)l DFR——可靠性設(shè)計(jì)(Design for Reliability)l DFM——可制造性設(shè)計(jì)(Design for Manufacturability)l DFA ——可裝配性設(shè)計(jì)(Design for Assembly)l DFT ——可測(cè)試設(shè)計(jì)(Design for Testability)l DFS ——可維護(hù)性設(shè)計(jì)(Design for Servicability) 各設(shè)計(jì)階段考慮因素亦有所不同，設(shè)計(jì)者應(yīng)明白在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮何種內(nèi)容。一是產(chǎn)品的可制造性，包括高的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的高穩(wěn)定性、生產(chǎn)線可接受的缺陷率幾方面的定義；另一方面是產(chǎn)品的高可靠性的定義，如產(chǎn)品適應(yīng)不同環(huán)境的變化的參數(shù)定義、產(chǎn)品的使用周期定義。l 基本工藝路線的選取l 設(shè)備能力的考慮l 設(shè)備輔助工具的考慮l 工藝設(shè)計(jì)規(guī)范l 工藝參數(shù)的調(diào)制l 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。所謂“規(guī)定的條件”是指在規(guī)定的時(shí)內(nèi)產(chǎn)品使用時(shí)的應(yīng)力條件、環(huán)境條件和儲(chǔ)存條件等。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。其次，產(chǎn)品的可靠性與“規(guī)定的時(shí)間”密切相關(guān)。時(shí)間越長(zhǎng)，可靠性越低。這里所謂功能是指產(chǎn)品的全部功能，而不是其中一部分?？煽啃允钱a(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要方面，通常所說(shuō)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。產(chǎn)品的可靠性是用概率來(lái)表示的。但是，大量偶然事件中包含規(guī)律性是必然的。即我們雖無(wú)法確切地知道產(chǎn)品出現(xiàn)失效的時(shí)間，但我們可以求出產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間和條件下完成規(guī)定功能的可能性大小。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)。顯然，可靠度是可靠性的定量表示。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)。試驗(yàn)樣品按規(guī)定抽取，不可能無(wú)窮多，有足夠數(shù)量即可。顯然，0≤R(t)≤1 ，R(t)越接近1，表示可靠度越大。通常用F(t)表示。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。失效與產(chǎn)品的可靠度有密切聯(lián)系。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(wàn)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。平均壽命可表達(dá)為： t=∑ti/N （）式中 t——平均壽命； ∑ti——試驗(yàn)樣品數(shù)正常工作時(shí)間之和； N——試驗(yàn)樣品數(shù)（對(duì)可修復(fù)產(chǎn)品，N是試驗(yàn)樣品中的維修總次數(shù)）。對(duì)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，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。電子產(chǎn)品的固有可靠性在很大程度上依賴于元器件的可靠性。（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。使用可靠性在很大程度上依賴于使用設(shè)備的人。（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。4． 可靠性設(shè)計(jì)的基本原則（1）設(shè)計(jì)方案的簡(jiǎn)化 在滿足產(chǎn)品性能的要求下，要盡量減化設(shè)計(jì)方案，減少所用元器件的數(shù)目，選用可靠性高的元器件，盡可能降低元器件的使用應(yīng)力強(qiáng)度（降額使用），這是提高電子產(chǎn)品可靠性的重要環(huán)節(jié)。（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。（3）可靠性與可維修性 考慮電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮可維修（4）加工工藝的可靠性 工藝加工必須保證產(chǎn)品元器件在加工過(guò)程中，不致受到熱力、機(jī)械的和電氣的損傷，并嚴(yán)格按照工藝文件的要求進(jìn)行加工。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。1．5．2 元器件可靠性與產(chǎn)品可靠性1． 元器件的可靠性元器件的可靠性通常用失效率來(lái)表征。（1）元器件的失效規(guī)律，這就是常說(shuō)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。此時(shí)，失效率是常數(shù)，且較低，偶然失效期是元件使用的壽命期；在產(chǎn)品使用的后期，進(jìn)入老化失效期，失效率迅速上升，產(chǎn)品報(bào)廢。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。元器件工作在偶然失效期，其失效率為常數(shù)λ，由（）式，其可靠度為：R(t)=eλt 元器件可靠性與使用條件有密切關(guān)系，使用條件包括工作環(huán)境條件和負(fù)荷條件。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)。所以降額使用要根據(jù)具體的元器件區(qū)別對(duì)待。而每一個(gè)子系統(tǒng)或部件又由多個(gè)元器件組成。（1） 串聯(lián)系統(tǒng)設(shè)一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)C，可以由多個(gè)子系統(tǒng)或部件A1A2A3……An組成，只要任何一個(gè)Ai失效，則C失效；若要C可靠，則Ai 必須全部可靠。（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)。并聯(lián)系統(tǒng)是最常見(jiàn)的冗余系統(tǒng)。可見(jiàn)，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。本節(jié)主要從上述幾方面介紹提高電子產(chǎn)品可靠性的方法。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。（1）按復(fù)雜程度可分為：①分布截尾篩選法：篩選掉參數(shù)偏離標(biāo)稱值過(guò)大的產(chǎn)品。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。⑤精密篩選：在接近于產(chǎn)品使用條件下進(jìn)行長(zhǎng)期老煉，并多次精確測(cè)定參數(shù)變化量，從中進(jìn)行挑選和預(yù)測(cè)。目前主要用老煉篩選法。1．5．2 電子元器件的降額使用降額使用就是元器件在低于其額定值的應(yīng)力條件下工作，是提高電子產(chǎn)品可靠性的最有效措施之一。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。當(dāng)S，發(fā)熱量過(guò)小，潮氣不易驅(qū)，失效率反而提高。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。3．半導(dǎo)體器件降額使用要點(diǎn)不同半導(dǎo)體器件的降額系數(shù)S的含義是不同的，如晶體三極管的S為實(shí)際功率與25℃時(shí)的最大額定功率之比，晶體二極管的S為平均正向電流與25℃時(shí)的最大額定正向電流之比，穩(wěn)壓管的S為實(shí)際耗散功率與25℃時(shí)的最大額定功率之比，光電器件的S為實(shí)際耗散功率與25℃時(shí)最大額定功率乘以與最大允許結(jié)溫有關(guān)的修正系數(shù)之比。，設(shè)計(jì)時(shí)可參考。1．5．3 采用冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）從上節(jié)已知，系統(tǒng)中串聯(lián)的元件或子系統(tǒng)越多，其可靠性就越低；而當(dāng)采用冗余系統(tǒng)（備份系統(tǒng)）后，系統(tǒng)的可靠性將會(huì)提高。（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(kāi)關(guān)自動(dòng)接通，A2接替A1開(kāi)始工作，所以，只有A1 、A2均不正常時(shí)，系統(tǒng)才不能運(yùn)行。1．5．4 采取有效的環(huán)境防護(hù)措施有效的環(huán)境設(shè)計(jì)可以防止與減少溫度、潮濕、生物危害、機(jī)械振動(dòng)與沖擊、電磁干擾等對(duì)電子設(shè)備材料和器件的不良影響，達(dá)到提高電子設(shè)備的可靠性的目的。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。環(huán)境試驗(yàn)可分為以下兩種：1． 單項(xiàng)試驗(yàn)單項(xiàng)試驗(yàn)的目的是考核某項(xiàng)指標(biāo)的穩(wěn)定性。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)。這種實(shí)驗(yàn)比較接近于實(shí)際使用情況，所以通過(guò)綜合試驗(yàn)，更能考核設(shè)備的真實(shí)可靠性。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。2．腐蝕的分類 根據(jù)被腐蝕材料的種類，可分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕兩大類。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。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用而引起的破壞，金屬與熔融液態(tài)金屬接觸引起的金屬溶解或開(kāi)裂就屬于物理腐蝕。其特征是腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，在金屬表面上有隔離的陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，被腐蝕的是陽(yáng)極區(qū)。電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見(jiàn)的金屬腐蝕，在造成電子設(shè)備故障的常見(jiàn)的原因中，金屬的電化學(xué)腐蝕是最常受到指責(zé)的因素。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。高分子材料腐蝕的主要形式有老化、化學(xué)裂解、溶脹和溶解、應(yīng)力開(kāi)裂等。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。3． 溫度。5． 鹽霧。7． 太陽(yáng)輻射。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。通過(guò)對(duì)各種因素的綜合分析，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的腐蝕類型和危險(xiǎn)性后果，從而 確定合理而有效的防腐蝕措施。通常需要將幾種方法接合起來(lái)使用，以獲得經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)果。潮濕對(duì)電子設(shè)備具有下列破壞作用：（1）引起金屬腐蝕及加快腐蝕速度。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。潮濕也是使油漆涂覆層起泡，脫落從而失去其保護(hù)作用的一個(gè)重要因素。（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)€。吸濕機(jī)理 處在潮濕空氣中的物體，由于空氣中的水分在熱的作用下蒸發(fā)形成水蒸汽，水蒸氣的分子運(yùn)動(dòng)，必然有一部分水分子被吸附在物體表面上，形成了一層水膜，隨著空氣相對(duì)濕度增高，水膜厚度亦增大。 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?chē)h(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。（2）吸收 有些材料本身具有縫隙和毛細(xì)孔，當(dāng)物體處于潮濕空氣中時(shí)，材料表面的水分子由于毛細(xì)作用，進(jìn)入材料內(nèi)部。（4）凝露 當(dāng)物體表面溫度低于周?chē)諝獾穆饵c(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。 擴(kuò)散和吸收使水分子進(jìn)入材料內(nèi)部，因而會(huì)使材料的體積電阻率下降，水分子以擴(kuò)散和吸收的形式進(jìn)入材料內(nèi)部的程度，可以用吸濕性（吸潮性）和透濕性等指標(biāo)表示。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(lái)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(lái)表征。親水性物體使水在物體表面上連成一片水膜。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。防潮濕措施 防潮濕措施首先是合理地選用材料，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，性能要求和經(jīng)濟(jì)性的情況下，應(yīng)采用耐腐蝕、耐濕、化學(xué)性能穩(wěn)定的材料，同時(shí)采取表面憎水處理、浸漬、灌封、密封等方法。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。浸漬有一般浸漬和真空浸漬兩種，真空浸漬的效果高于一般浸漬。 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。 蘸漬和浸漬的區(qū)別在于：蘸漬只是在材料表面上形成一層防護(hù)性能絕緣漆膜，而浸漬則是將絕緣漆深入到材料內(nèi)部，所以蘸漬的防潮濕性能比浸漬差。（3）灌封 灌封是用熱熔狀態(tài)的樹(shù)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。但此法多適用于小型的單元、部件及元器件。常用的灌封材料有：有機(jī)硅凝膠、有機(jī)硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等。它就是將零件、元器件或一些復(fù)雜的裝置甚至整機(jī)安裝在不透氣的密封結(jié)構(gòu)中。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(lái)驅(qū)除潮氣，也以用吸潮劑吸掉潮氣。此外，各種昆蟲(chóng)和塵埃也都是傳播孢子媒介。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。氧氣是霉菌生命過(guò)程中進(jìn)行呼吸作用的必需物質(zhì)，停止供給新鮮氧氣，霉菌的生長(zhǎng)就會(huì)終止。 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(guò)60℃，霉菌則很容易死亡。霉菌的最低生長(zhǎng)溫度為攝氏6℃。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)，霉菌本身作為導(dǎo)體，可以造成短路，給電子設(shè)備帶來(lái)更嚴(yán)重的后果。同時(shí)，霉菌還會(huì)破壞元件和設(shè)備的