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可靠性技術基于兩個重要的理論基礎：失效物理和概率統計，同時，它產生了兩個重要的應用領域，即系統可靠性和元器件可靠性。在元器件可靠性領域又進一步可分為元器件固有可靠性和使用可靠性。前者主要研究元器件的設計和制造過程中的可靠性，后者側重研究在電子系統研制過程中如何選好、買好、用好和管好元器件，防止、控制引入過應力而損壞可靠元器件和接收、使用可靠性不能滿足要求得元器件。

1.元器件的失效

失效是元器件不能完成規定任務的一種狀況，即在元器件執行任務

過程中功能終止或性能參數超出容許的權限。正是因為存在元器件失效，人們提出和發展了可靠性技術。可靠性技術就是研究失效發生、發展的規律及糾正、控制和預防的一整套辦法。

元器件失效判據是針對某個元器件在特定應用條件下的一種具體規定，其范圍一般寬于該元器件的合格判據。如

某電阻器的判據是阻值100Ω±20%才算失效。而在某種應用時，阻值變化超出100Ω±20%才算失效。這就是元器件可靠性與元器件質量兩個概念的不同之處。

元器件可靠性是在元器件設計、制造過程中形成的固有特性，在一定的使用應力作用下，工作到某個時刻發生失效，可靠性是t=T時的質量。

2.失效模式

失效模式是失效的一種表現形式，如開路、短路、時好時壞、參數超出極限等等。不同元器件失效模式不盡相同。一種元器件往往有多種失效模式，每種失效模式出現的概率是不同的。

了解各種元器件失效及其分布對正確使用元器件很重要：以開路為主要失效模式的元器件，不宜串聯使用；以短路為主要失效模式的元器件，不宜并聯使用；以參數漂移為主要失效模式的元器件應采取必要的補償或控制措施。

3.失效原因

元器件失效總是有原因的，具體原因可能多種多樣，但從應力與強度關系看可分為兩大類：第一類是元器件存在本質缺陷，強度太低，在正確工作應力下失效，叫固有失效或責任失效；第二類是使用中引入過應力導致的元器件失效，叫使用失效或從屬失效。

元器件固有失效按其性質和原因又可分為系統性和偶然性的。系統性的失效是在設計或制造或試驗過程中控制不良引入某種固有缺陷所致。而偶然失效則是隨機的，沒有一個主導失效原因在起作用，是設計、制造水平決定的。

使用中過應力失效往往是由于選擇不當，或應用不合理或操作失誤所致。元器件在工作過程中遇到的電、熱、機械、輻照、粒子等單項或綜合應力超出了元器件所能承受的程度，就失效。

4.失效后果

元器件失效后果的嚴重程度取決于元器件在系統中的地位和作用。按照失效對系統的最終影響可分為災難性的、關鍵的、嚴重的和一般的。

災難性的是指造成系統任務失效和人員傷亡；

關鍵的是指造成系統任務失效；

嚴重的是指造成系統任務降低或暫時中斷；

輕微的是指造成現場使用中要對系統進行調整或維修。

5.失效的規律

元器件失效引起的嚴重后果，迫使人們去研究失效發生的規律。通過大量觀測和數據的統計分析，把保險界用于壽命預測的“浴盤曲線”作為元器件失效分布規律，研究分析元器件的失效時期。

元器件失效率的高低是與它工作經歷的時間相關，大體可分為三個時期，對應三類失效。

O早期失效期-某一特定產品母體壽命的初期階段，此階段發生的失效是由于設計制造過程控制不良等原因引起的。早期失效可用篩選的方法剔除。

O偶然失效期-也叫使用壽命期，某特定產品母體壽命的第二階段，在此階段僅發生隨機失效。失效率近似為常數，其高低取決于設計水平。

O耗損失效期-某特定產品母體壽命的第三階段，在此階段發生耗損引起的失效。對付這個階段的失效，只有進行更換，如液體鉭電容漏液。

二、可靠性的度量

1.可靠性

可靠性是指產品在規定條件下，規定時間內為完成規定任務而不失效的概率。可靠性是環境應力、工作應力、使用時間和要完成任務的復合函數，是用失效發生是隨機的，失效的概率Q是0-1之間的一個數值，可靠性是不失效的概率，等于1減失效概率，即R=1-Q。

2.失效率λ

定義：已工作到t時刻的產品（元器件），在t時刻后單位時間內失效的概率，也稱失效率函數，簡稱失效率。

元器件的失效率是一個條件概率，即工作到t時刻未發生失效的條件，在t時刻元器件在單位時間內失效的百分比。

用λ數值表示的元器件質量水平：

λ=3×10-51/時亞五級

λ=1×10-51/時五級W

λ=1×10-61/時六級L

λ=1×10-71/時七級Q

λ=1×10-81/時八級B

λ=1×10-91/時九級J

λ=1×10-101/時十級S

一般情況下，電子系統的可靠性用平均壽命MTTF或（MTBF）來度量，而元器件的可靠性一般用λ來表示。

元器件的基本失效率λb水平即固有可靠性高低取決于元器件設計、制造水平，如結構形式、材料和工藝水平等。工作失效率λP則于λb、使用應用的高低和環境的惡劣程度等因素有關。

3.失效率模型

失效率模型是通過對大量失效數據統計分析獲得的，如單片集成電路工作失效率模型為：

λP=πQ[C1πTπV+（C2+C3）πE]πL

式中：πQ——質量倍數

πE——環境系數

πL——成熟系數

πT——溫度應力系數

πV——電壓應力系數

C1及C2——電路復雜度系數

C3——封裝復雜度系數

元器件可靠性的分析、計算、控制都是在其失效率模型上進行的，對元器件失效模型有一個了解，對正確選擇與合理使用元器件是最起碼的要求。

4、元器件可靠性對系統可靠性的影響

任何一個復雜系統分解到最低層都是由元器件、零件、材料、工藝、計算機軟件和人組成的，系統的可靠性是各部分可靠性的連乘積：

RS=R元件•R零件•R軟件•R操作

系統可靠性水平低于組成系統任何一個部分的可靠性水平。系統越復雜且可靠性要求越高，對組成系統的各個部分的可靠性要求就更高。要全面分析，抓住關鍵少數。

假設除電子元器件外其余各部分可靠性為1，元器件失效是相互獨立的，如果要保證系統可靠性為0.98，則組成系統的元器件數量越多，對單個元器件的可靠性要求就越高。所以，系統越復雜，即使用的元器件品種、數量越大，使用環境越惡劣，可靠性問題越突出，對元器件可靠性要求就越高，也就是失效率λ越低。

上述數據說明電子元器件質量狀況令人擔憂，國產元器件質量問題嚴重，進口元器件也有不少問題，使用不當問題日益突出。

三、元器件可靠性增長工程

通過實踐和系統總結元器件可靠性工作經驗與教訓，加深對元器件問題和重要性的認識。

首先，電子元器件在新產品中使用量越來越多，擔負的任務越來越重要。元器件雖小，作用和影響卻巨大，必須引起重視，把元器件作為型號的一個重要組成部分去抓，而且要堅持不斷地抓。

其次，新產品研制、裝備周期太長，而電子元器件更新換代在型號方案論證時選擇的元器件到型號定型時就已經該淘汰了。這給設計選用提出了新課題，既要繼承成熟技術，選用標準元器件，又要不斷采用新技術，淘汰陳舊過時的元器件，在新方案論證時就要考慮定型后改進和替代品問題。

第

三、諸如選用品種多、用量少與供應商要上規模、增效益之間的矛盾日益突出，設計余量小與元器件參數散布大之間的矛盾，以及元器件可靠性上水平與我國工業基礎薄弱，材料、工藝水平不高的現狀之間的矛盾等等都是亟待解決而又一時難以解決的問題。

解決元器件問題要各方面協同作戰，把軍用元器件研制費、技術改造費、用戶采購費和生產單位產品開發、改進費捆梆起來使用，從提高元器件固有可靠性和使用可靠性兩個方面努力，以重點工程需求為牽引，實施元器件可靠性增長工程。從系統甲套的角度出發，應建立一個高可靠性元器件的“公用平臺”。這個“公用平臺”搞好了，可以覆蓋各型號用的品種的70％--80％。從提高國產元器件可靠性人手帶動元器件國產化和新品研制問題。

1.元器件可靠性增長工程的目標

以需求牽引，通過工程實施爭取在3-5年內達到

1)基本消除元器件臟、斷、掉、傷、漏等常見的失效模式；

2)主要元器件失效λ降低盡效率入降低一個數量級，關鍵參數標準偏差б減半；

3)重點工程元器件裝機后批次更換為“零”；

4)制訂和形成一套高可靠元器件采購規范和質量保證規范。

2.工程主要內容

1)優選壓縮品種、廠點，重點抓好品種技術攻關，點重點工序改造。

2)組織技術攻關，重點解決鍵合強度、剪切力散布大、水氣含量高、內部劃傷、腐蝕、多余物等問題曠

3)實施技術改造，結合技術攻關進行關鍵設備技術改造，提高工藝裝備水平。

4)制訂可靠性增長要求和驗收方案，成采購規范體系。

5)完善檢測、試驗、分析手段。

6)建立信息系統，收集、分析、評價工程進展和效果。

3.改進管理

實行聯合領導、多方籌措、統一策劃、集中管理，充分利用已有成果，充分發揮已有專業機構的作用。做到有限目標，重點，數據說話，科學決策。

四、改進使用可靠性

1.加強設計師的責任

隨著元器件固有可靠性的提高和新型元器件的不斷采用，使用可靠性問題日益突出+—對設計師的要求也越來越高，責任越來越重。

1）必須了解元器件。設計師應對選用的元器件特性、結構、質量等級、常見的失效模式、能承受的各種極限應力、使用中應注意的問題和必須的防護措施都應清楚地了解。

2)必須了解使用環境。對應用情況應了如指掌，諸如元器件在使用中可能遇到的機電、熱和輻射環境，環境應力水平，環境應力在設備中的傳遞關系，持續時間，各種因素對元器件可靠性的影響等。

3)必須了解元器件與系統的關系。在了解對系統提出的可靠性要求時，應通過功能分析、失效模式分析，深刻揭示元器件在系統中的地位、作用和失效后果。

4)必須了解有關元器件的標準規范。如元器件總規范、產品詳細規范、測試篩選方法、應用指南、降額準則、防護措施等。

5)必須了解元器件壽命周期費用。

2.在選好、用好上狠下功夫

1)在方案論證階段，就把元器件的選擇作為一個重要問題進行分析論證，確定好系列、品種、質量等級和供應單位，并經評審確認。

2)在初步設計階段廠要進行應力二強度分拆和失效模式分析，并進行嚴格評審。

3)在工程研制階段，要進行瞬態分析、容差分析和微環境分析，并進行線路仿真，以確定極限狀態。

3.不斷提高元器件可靠性保證水平

1)要制定一整套元器件要求，包括制定選用目錄、超目錄審批程序、采購規范、驗收和補充篩選方法、設計選用評審辦法、失效元器件分析，以及數據系統的建立要求等。

2)要落實責任，每個單位、每個型號都要有人對元器件使用可靠性負責，要有研究、試驗、分析的技術支撐單位。

3)總體部門要對各協作配套單位元器件可靠性保證工作制定統一要求，并監督實施。

4)要建立能記錄到每個元器件全部工作歷史和失效歷史的數據系統。

4.不斷總結經驗，分析數據，反饋到各個部門，改進使用可靠性并促進固有可靠性的提高

1)對各類元器件在使用中表現應按階段總結；

2)對各生產廠家提供的產品定期進行分析；

3)編制元器件應用情況匯報，報送給有關方面。