基于故障物理的电子产品可靠性研究

基于故障物理的电子产品可靠性研究

郑华涛

捷普精密工业广州有限公司

摘要:目前，电子产品自身的可靠安全性能无法与现代人对产品的高标准使用需求持平。随着电子产品使用领域的扩大，需结合现代技术手段革新产品生产技术，整合产品的性能设计以及可靠性设计，以故障物理可靠技术为基础，优化设计并提升产品的可靠性，规避故障发生概率，为电子产品的安全使用保驾护航。

关键词：故障物理；电子产品；可靠性；测试研究

引言：经济上升式的发展，加快现代电子产品的发展脚步。在满足电子产品的使用基础性能要求的基础上，还需完善产品的安全性能以及可靠性能。目前，电子产品面临着产品设计与可靠性设计相分离的局面，究其原因是在可靠性研究方面主要依据故障物理数据的统计和推断，没有深入了解产品设计信息以及故障过程，为规避此类问题需从分析物理故障过程方向着手，借助可靠性技术以及优化方法，展开产品可靠性与设计优化的分析。

一、电子产品的可靠性技术

(一)电子产品的可靠性技术指标

可靠性指的是产品在限定时间以及各种环境变化中，自身的使用能力是否可以满足时间以及环境变化要求。衡量电子产品的可靠性指标，一方面是定性指标，另一方面便是定量指标。目前，检测产品可靠性会测试使用周期、故障率、失败率、平均无故障时间MTBF等硬性指标，并结合评价方式得出数据结果，再与仪器结果进行对比匹配，全方位综合评价产品样本，可靠度合格才可进行大批量生产。此外，产品的可靠性提升对于今后产品的研发与升级奠定可靠基础^[1]。

(二)可靠性设计技术

设计可靠性的电子产品所经过的阶段包含预计、分配、技术设计、评定等大量的工作环节。在设置的过程中设计结构需趋于简单化、插件化、成熟化，并借助典型的电路，综合考量产品性能、可靠性等相关方面的基础，结合冗余化设计、元器件的降额设计、热设计等不同设计技术类型优化产品可靠性。

2. 电子产品可靠性设计注意问题

在设计电子产品的可靠性过程中，所需要注意的问题主要有以下几点：第一，所使用的设计电路的结构需要符合我国标准电路结构；第二，产品可靠性实验需要对产品的电路和结构作相应的简化；第三，借鉴以往产品所具有的优势，并将其应用在技术检测和实验过程中，为产品的可靠性提供多重保障；第四，全方位分析实验所得数据，考虑多重因素以免实验数据分析产生误差；第五，采取最先进的检测技术用于实验过程，并结合现代高科技技术手段不断研发新型实验技术^[2]。

三、电子产品的可靠性评价原理

(一)评价方法

电子产品在受到外界工作应力以及环境应力的刺激后，易引发电子产品故障机理，由此诱发电子产品故障问题。针对此类问题需要分析以下几个方面:首先，查询故障诱因找到故障位置，分析故障信息含故障的模式、机理、故障应力、发生时间等因素；其次，根据故障类型一方面可评估故障风险，另一方面也可以明确设计方向。一般采用的评价方法包含故障聚类方式等；再次，评价电子产品的可靠性可使用竞争故障原理评价方式^[3]。

(二)电子产品的可靠性参数优化设计

首先，通过分析设计以及工艺参数数据，获取优化设计电子产品可靠性的数据信息，根据产品生产的工期合理分配设计参数，优化产品离散特性^[4]。

(三)基于故障物理的可靠性仿真分析流程

仿真分析模拟产品故障物理可靠性，其主要的流程步骤分为以下几步：第一步，在产品分析模型以及产品寿命周期环境载荷历程输入工作载荷、环境载荷、产品特性内容。其中，产品的电流、电压、频率、功率等内容均属于工作载荷范畴；环境载荷主要以产品的寿命周期为中心，包含温湿度、温度梯度、压力梯度、温度循环等内容；另外，产品的外在结构、使用材质、参数范围等都隶属产品特性范畴；第二步，分析研究产品分析模型温度、热一机械、机械等应力等因素；第三步，从潜在故障入手，建立完善潜在故障的模型和机理，核算故障发生时间；第四步，分析及优化敏感度的设计，其分析内容含敏感载荷、敏感应力以及关键参数内容；最后一步便是将关键故障矩阵、产品的寿命分布、设定的加速试验条件、可靠性评估、设计改进建议、等方面做有效输出。

四、基于故障物理方法的振动仿真试验

目前所面临的性能设计与可靠性设计分离的局面，可借助振动仿真实验模型破解，将两者性能设计相融合。振动仿真试验指的是通过电脑仿真软件在平台中建立虚拟的材料、边界条件、振动剖面、几何特性及故障物理模型，然后借助软件强大的计算功能，计算选品平均故障时间、产品位移、加速度等数据^[5]。

通过建立振动仿真试验模型，可更加直观的了解产品的振动激励条件发布布局，结合振动应力以及故障物理模型，分析产品耐振动性能设计的优良，合理处继续保持，不合理处根据模型所呈现出的问题，对产品的实际设计进行修改，优化电子产品耐振动性能。

五、改进电子产品的可靠性

目前，电子产品的设计可靠性度要远高于生产可靠性度。缩短两者之间可靠性差距，需严加控制生产设备、生产工艺。具体的可靠性改进措施包含：首先，运用新型材料，分析产品可靠性使用期测试的数据，以及测试所出现的故障问题，优化产品系统结构；其次，对产品现有零件进行大换新处理，淘汰掉性能差的器件，全部采用质量等级高的器件替代，并利用新工艺技术及新设计调整产品的安全系数及降额系数。除此之外，在进安全改进的同时，还需要利用PDCA循环处理故障异因、查明真相、并有效结合改善性措施，统一改进标准，促使生产可靠性紧跟设计可靠性发展步伐

^[6]。

六、结论

综上所述，电子产品市场随着现代革新技术的发展应用，所生产的电子产品应用范围扩大，产品的可靠性成为衡量产品质量的重要指标，也成为电子产品企业占据市场地位的重要竞争优势。因此对企业来说，需优化产品的可靠性设计，并应用故障物理的可靠性技术，使可靠性设计紧追性能设计发展步伐，实现两者的同步发展结合，打破现下形成的“两张皮”的局面。在未来的发展中，紧抓产品可靠性能的发展，提升产品可靠性水平及安全性，为电子产品市场的发展保驾护航。

参考文献：

[1]臧甲态.基于Vague集恩想的电子产品可拿性评价[J].数学的实践与认识，2015(04).

[2]任占勇，武月琴,曾照洋.高可靠性产品的一体化设计[J].中国质量,2010(03).

[3]陈锋，申斯文，康力，基于故障物理的可靠性仿真分析在航电设备中的应用[J]. Modeling andssimulation,2013,02(02):14-21.

[4]王强，吴海容，陈晓晨.基于故障物理的航空电子设备高可靠性评估[J].航天器环境工程,2016,33(02):216-219.

[5]李永红，曾晨晖.电子产品基于故障物理的可靠性设计优化方法研究[J].航空标准化与质量,2015(04):39-43.

[6]徐明，李永红,单昆仑.某型飞机外挂物管理处理机(SMP)基于故障物理的可靠性加速试验方法[C].中国航空学会可靠性工程专业委员会学术年会,2014 (04):4S-48.