第一章 基础知识 1.1 电子设备结构工艺 1.2 电子产品的工作环境及其对设备影响 1.3 对电子产品的基本要求 1.4 产品可靠性 第一章 基础知识 1.1 电子设备结构工艺 1.2 电子产品的工作环境及其对设备影响 1.3 对电子产品的基本要求 1.4 产品可靠性 1.5 提高电子产品可靠性的方法

1.1 电子设备结构工艺 1.1.1　现代电子设备的特点 1.1.2　电子设备的生产工艺和结构工艺

1.1 电子设备结构工艺 1.1.1 现代电子设备的特点 1．组成复杂，组装密度大 多种功能带来设备组成的复杂性，体积限制带来的组装高密度。 　　1.1 电子设备结构工艺 1.1.1　现代电子设备的特点 　　1．组成复杂，组装密度大　　 　　多种功能带来设备组成的复杂性，体积限制带来的组装高密度。 　　2．使用范围广，所处的工作环境条件复杂 　　恶劣苛刻环境对电子设备正常工作产生影响。

1.1 电子设备结构工艺 3．可靠性要求高、寿命长 对元器件质量要求高，对电路设计和结构设计要求高。 4．精度高、多功能和自动化 　　1.1 电子设备结构工艺 　　3．可靠性要求高、寿命长 　　对元器件质量要求高，对电路设计和结构设计要求高。 　　4．精度高、多功能和自动化 　　自控技术、计算技术和精密机械的紧密结合。 　　上述电子设备的特点对电路设计和结构设计及制造工艺提出更高要求。

1.1 电子设备结构工艺 1.1.2 生产工艺和结构工艺 1．重要性 　　1.1 电子设备结构工艺 1.1.2　生产工艺和结构工艺 　　1．重要性 　　是企业生产技术的中心环节，是组织生产和指导生产的一种重要手段，分两个阶段说明： 　　（1）设计阶段 　　确定产品的制造方案并完善生产前的准备工作。　　 　　（2）生产制造阶段 　　组织指导符合设计要求的加工生产直到出厂。

1.1 电子设备结构工艺 2．工艺工作的内容 （1）工艺技术 生产实践劳动技能和应用科学研究成果的积累和总结，是工艺工作的核心。 　　1.1 电子设备结构工艺 　　 2．工艺工作的内容 　　（1）工艺技术 　　生产实践劳动技能和应用科学研究成果的积累和总结，是工艺工作的核心。 　　（2）工艺管理 　　对工艺工作的计划、组织、协调与实施。 　　总之，电路性能指标的实现，要通过结构体现，直接关系到电子设备的性能和技术指标的实现。以结构设计为手段，保证所设计的电子设备在既定的工作环境条件和使用要求下，达到技术条件所规定的各项指标，稳定可靠地完成预期的功能。

1.2 电子产品的工作环境及其对设备的影响 工作环境分自然环境、工业环境、特殊使用环境 环境因素造成设备故障，温度、湿度、振动为主要三个环境因素 环境因素造成设备故障：功能故障和永久性故障 环境因素对产品影响有三个方面：气候因素、机械因素、电磁干扰

1.3 对电子产品的基本要求 1.3.1 工作环境对电子产品的要求 1．气候条件 气候环境对设备的主要影响 ① 温升加速氧化 　　1.3 对电子产品的基本要求 1.3.1　工作环境对电子产品的要求 　　1．气候条件 　　气候环境对设备的主要影响 　　① 温升加速氧化 　　② 物体产生变形 　　③ 低温产生凝露 　　解决办法： 　　采取散热措施，限制设备温升； 　　采取防潮措施，延长使用时限。

1.3 对电子产品的基本要求 2．机械条件 指电子设备在贮存、运输和使用过程中所承受的机械作用。最具破坏性的是共振现象，应采取减振缓冲措施。 　　1.3 对电子产品的基本要求 　　2．机械条件 　　指电子设备在贮存、运输和使用过程中所承受的机械作用。最具破坏性的是共振现象，应采取减振缓冲措施。 　　3．电磁环境 　　电磁信号构成对电子设备的电磁干扰，须采取屏蔽措施。

1.3 对电子产品的基本要求 1.3.2 使用方面对电子产品的要求 1．体积重量要求 描述指标： 　　1.3 对电子产品的基本要求 1.3.2　使用方面对电子产品的要求 　　1．体积重量要求 　　描述指标： 　　（1）平均比重：设备的总重量与总体积之比，用 D 表示。 　　平均比重对结构设计有直接影响。 　　D = 0.5 kg / dm3，困难不大 　　D = 1.5~1.7 kg / dm3，精心安排 　　D = 2.5 kg / dm3，设计困难

　　1.3 对电子产品的基本要求 　　（2）体积填充系数 　　设备内全部零部件、元器件的总体积与机箱（柜）内部容积的比值，表示电子设备的紧凑性，用 K 表示。 　　平均密度增大，体积填充系数越高。 　　较高的紧凑性会产生一系列矛盾： 　　① 受温度升高限制。 　　② 设备稳定度下降。 　　③ 给生产和使用维修带来困难。 　　④ 提高产品成本。

1.3 对电子产品的基本要求 2．操纵维修要求 （1）设备操作 要简单，控制结构轻便。 （2）设备安全可靠，有保险 （3）设备填充系数 　　1.3 对电子产品的基本要求 　　2．操纵维修要求 　　（1）设备操作 　　要简单，控制结构轻便。 　　（2）设备安全可靠，有保险 　　（3）设备填充系数 　　应低一些，不超过 0.3，便于装拆和维修。 　　（4）便于维修 　　插入式，快速装拆结构等。 　　（5）过载保护 　　警告标志和自动安全保护装置，确保维修安全。 　　（6）具备监测装置和故障预报装置，尽早发现故障

1.3 对电子产品的基本要求 1.3.3 生产方面对电子产品的要求 1．生产条件对电子产品的要求 （1）电子元器件 　　1.3 对电子产品的基本要求 1.3.3 生产方面对电子产品的要求 　 1．生产条件对电子产品的要求 　　（1）电子元器件 　　品种和规格尽可能地少，最大限度标准化和规格化，采用通用零部件或产品。 　　（2）机械元器件 　　有较好的结构工艺性，能采用先进的工艺方法和流程。 　　（3）原材料 　　品种规格少，少用或不用贵重材料。 　　（4）加工精度 　　与技术要求相适应，不追求高精度。装配应简易化，便于流水生产。

1.3 对电子产品的基本要求 2．经济性对电子设备的要求 经济性包括两方面的内容 　　1.3 对电子产品的基本要求 　　2．经济性对电子设备的要求 　　经济性包括两方面的内容 　　（1）使用经济性，设备在使用、贮存和运输过程中所消耗的费用。 　　（2）生产经济性，生产成本，包括生产准备费，原材料的辅助费，工资和附加费、管理费。

1.3 对电子产品的基本要求 （3）为提高产品的经济性，在设计阶段应考虑的问题： ① 正确制定设计方案和确定产品的复杂程度。 　　1.3 对电子产品的基本要求 　　（3）为提高产品的经济性，在设计阶段应考虑的问题： 　　① 正确制定设计方案和确定产品的复杂程度。 　　② 由产量确定结构形式和生产类型。 　　③ 按最经济的生产方式设计、选用最经济合理的原材料和元器件。 　　④ 周密设计产品的结构，降低设备的维修和使用费用。

1.4 产品可靠性 1.4.1　概述 1.4.2　元器件可靠性与产品可靠性

1.4 产品可靠性 1.4.1 概述 1．概念 （1）定义: 在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。 （2）含义 　　1.4 产品可靠性 1.4.1　概述 　　1．概念 　　（1）定义: 　　在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。 　　（2）含义 　　① 以 “规定的条件” 为前提的。规定条件不同，产品可靠性不同。 　　② 与“规定的时间”密切相关。时间越长，可靠性越低。 　　③ 用完成 “ 规定的功能 ” 来衡量的。 　　（3）重要性：可靠性是产品质量的一个重要方面。质量好 包含达到预期的技术指标和使用中很可靠 　　（4）表示法：用概率来表示的。

1.4 产品可靠性 2．主要指标 （1）可靠度 ① 定义：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。 ② 公式： ③ 物理意义： 　　1.4 产品可靠性 　　2．主要指标 　　（1）可靠度 　　① 定义：产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。 　　② 公式： 　　③ 物理意义： 　　到某个试验期时，仍然完好的产品数与试验产品总数的比例，R ( 0 ) = 1，产品全部完好；R ( ∞ ) = 0 ，产品全部达到寿命终止期。0 ≤ R ( t ) ≤ 1，R ( t ) 越接近 1，可靠度越大。

1.4 产品可靠性 （2）故障率 ① 定义：产品在规定的条件和规定的时间内，失去规定功能的概率。 ② 公式： 　　1.4 产品可靠性 　　（2）故障率 　　① 定义：产品在规定的条件和规定的时间内，失去规定功能的概率。 　　② 公式： 　　F ( t ) 越接近 1，产品故障率越高。

1.4 产品可靠性 （3）失效率 ① 定义：产品工作到t时刻后的一个单位时间内的失效数与在 t 时刻尚能正常工作的产品数之比。 ② 公式 　　1.4 产品可靠性 　 （3）失效率 　　① 定义：产品工作到t时刻后的一个单位时间内的失效数与在 t 时刻尚能正常工作的产品数之比。 　　② 公式 　 式中　N —— 试验样品数。 　　　　　n ( t ) —— 时间从 0 到 t 时的失效数。 　　　　　n ( t +  t ) —— 时间从 0 到（t +  t）时的失效数。

1.4 产品可靠性 n ( t +  t ) - n ( t ) —— 时刻后，在  t 时间间隔内的失效数。 　　1.4 产品可靠性 　　n ( t +  t ) - n ( t ) —— 时刻后，在  t 时间间隔内的失效数。 　　N - n ( t ) ——时刻 t 时尚能正常工作的产品数。 　　失效率  与产品的可靠度 R ( t ) 有密联。 　　失效率越低，可靠度越高。

1.4 产品可靠性 （4）平均寿命 ① 定义：产品正常工作的平均时间。 ② 公式： 式中 t —— 平均寿命； 　　1.4 产品可靠性 　　（4）平均寿命 　　① 定义：产品正常工作的平均时间。 　　② 公式： 　　式中　t —— 平均寿命； 　　　　　 —— 试验样品数正常工作时间之和； 　　　　　N—— 试验样品数（对可修复产品，N 是试验样品中的维修总次数）

1.4 产品可靠性 3．可靠性分类 （1）固有可靠性 批内在的可靠性，依赖于元器件的可靠性。 （2）使用可靠性 依赖于使用设备的人。 　　1.4 产品可靠性 　　3．可靠性分类 　　（1）固有可靠性 　　批内在的可靠性，依赖于元器件的可靠性。 　　（2）使用可靠性 　　依赖于使用设备的人。 　　（3）环境适应性 　　产品所处的环境条件对可靠性的影响。

1.4 产品可靠性 4．设计的基本原则 （1）设计方案的简化 —— 在设计阶段要按可靠性要求进行设计。 　　1.4 产品可靠性 　　4．设计的基本原则 　　（1）设计方案的简化 —— 在设计阶段要按可靠性要求进行设计。 　　（2）注意可靠性与经济性的关系——合理地确定可靠性指标，以总费用最低为设计原则。 　　（3）可靠性与可维修性——在可靠性设计中，要与维修性有机地结合起来。

1.4 产品可靠性 （4）加工工艺的可靠性——把可靠性设计与加工的可靠性密切配合。 　　1.4 产品可靠性 　　（4）加工工艺的可靠性——把可靠性设计与加工的可靠性密切配合。 　　（5）可靠性与备份设计——考虑元器件和产品的可靠，适当采用余度设计和备份设计。

1.4.2 元器件可靠性与产品可靠性 1．元器件的可靠性 通常用失效率来表征。 （1）元器件的失效规律 　　1.4.2 元器件可靠性与产品可靠性 　　1．元器件的可靠性 　　通常用失效率来表征。 　　（1）元器件的失效规律 　　① 普通电子元器件如图所示，为船形曲线或浴盆曲线。早期失效期由设计、制造上的缺陷而发生。 　　偶然失效期：失效率是常数，且较低。 　　老化失效期：失效率上升，产品报废。

　　1.4.2 产品可靠性 　　② 半导体器件 　　如图所示，早期失效期：同一般元器件。 　　偶然失效期：近似为一常数， 半导体器件没有损耗失效期。

　　1.4.2 产品可靠性 　　（2）一般元器件的可靠性通常用失效率表示 由 　　可靠度在时间上是按指数规律减小的，如图所示。

1.4.2元器件可靠性与产品可靠性 2．系统可靠性 复杂的系统由多个子系统或部件组成。 （1）串联系统 　　1.4.2元器件可靠性与产品可靠性 　　2．系统可靠性 　　复杂的系统由多个子系统或部件组成。 　　（1）串联系统 　　如图所示，高复杂系统 C 由多个子系统或部件 A1 A2 A3 … An 组成，任何失效，则 C 失效；C 的可靠性为 　　特点：若要 C 可靠，则 Ai 必须全部可靠。为提高系统的可靠性，应尽量减少串联系统的数目。

　　1.4.2 元器件可靠性与产品可靠性 　　（2）冗余系统（备份系统） 　　如图所示，特点：只要系统中任何一元件（或子系统）可靠，则系统就可靠。

1.5 提高电子产品可靠性的方法 1.5.1 正确选用电子元器件 1.5.2　元器件可靠性与产品可靠性

1.5 提高电子产品可靠性的方法 1.5.1 正确选用电子元器件 电子产品元器件的可靠性是可靠性的基础。 1．选用原则 1.5 提高电子产品可靠性的方法 1.5.1 正确选用电子元器件 　　电子产品元器件的可靠性是可靠性的基础。 　　1．选用原则 　　（1）使用条件留有富余量。 　　（2）压缩元器件的品种和规格数量，提高复用率。 　　（3）用前可靠性筛选。 　　（4）比较差异，择优选用。

1.5 提高电子产品可靠性的方法 2．选用方法 （1）按复杂程度可分为 ① 分布截尾筛选 —— 即筛掉偏离标称值过大的产品。 1.5 提高电子产品可靠性的方法 　　2．选用方法 　　（1）按复杂程度可分为 　　① 分布截尾筛选 —— 即筛掉偏离标称值过大的产品。 　　② 应力强度筛选 —— 对施加各种应力条件后进行测试挑选。 　　③ 老练筛选 —— 在规定的时间对产品施加各种应力条件后进行测试挑选。

1.5 提高电子产品可靠性的方法 ④ 线性鉴别筛选 —— 运用数理统计技术进行判别。 1.5 提高电子产品可靠性的方法 　　④ 线性鉴别筛选 —— 运用数理统计技术进行判别。 　　⑤ 精密筛选 —— 在接近于产品使用条件下进行长期老练、多次精确测定参数变化量，从中挑选和预测。 　　（2）按照施加应力手段不同，筛选可分为 　　寿命筛选、环境应力筛选、密封性筛选、检查性筛选等。

1.5 提高电子产品可靠性的方法 1.5.2 电子元器件的降额使用 即元器件在低于其额定值的应力条件下工作。 1．电阻器的降额使用 1.5 提高电子产品可靠性的方法 1.5.2 电子元器件的降额使用 　　即元器件在低于其额定值的应力条件下工作。 　　1．电阻器的降额使用 　　降额系统：元器件实际使用时的参数与额定值的比值。 　　电阻器：S = 0.1 ~ 0.6，环境温度一般低于 60 ℃。 　　2．电容器的降额使用 　　使用温度一般应低于 50 ℃，电压降额系数 S < 0.6，金属化纸介电容器 S = 0.5 ~ 0.8。 　　3．半导体器件降额使用 　　S < 0.5，使用温度低于 50 ℃。

1.5 提高电子产品可靠性的方法 常用元器件的推荐降额范围 元器件 种类 电阻器 电容器 半导体器件 电抗器 继电器 接插件 微电机 内容 1.5 提高电子产品可靠性的方法 常用元器件的推荐降额范围 元器件 种类 电阻器 电容器 半导体器件 电抗器 继电器 接插件 微电机 内容 T SP SV SI 范 围 ＜ 45 0.1 ~ 0.6 50 0.5 0.7 130 白炽灯 负载 ≤0.15 电感性 ≤0.3 同左 0.3 0.8

本章小结 　　1．本章宏观地探讨了工作环境（如气候条件、机械条件、电磁环境）、使用条件及生产方面对电子设备在结构工艺方面的要求，在分析产品可靠性特点的基础上提出了设计制造电子设备时提高可靠性的方法。 　　2．本章内容贯穿于后面的章节中，是在设计和制造电子设备的各个环节中都必须认真考虑的因素。