電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)——失效物理

本文來源于可靠性物理實(shí)驗(yàn)室

什么是可靠性設(shè)計(jì)？

產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)(Design for Reliability or DfR)是指在產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)入后期階段（如樣機(jī)測(cè)試、設(shè)計(jì)定型、小批量試生產(chǎn)等階段）以前，尤其是產(chǎn)品的研發(fā)尚處在早期階段（如系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)和驗(yàn)證階段）的時(shí)候，就在產(chǎn)品的各重要研發(fā)環(huán)節(jié)（例如設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化、材料和元器件的選型等）利用包括仿真在內(nèi)的各種工具和手段保障產(chǎn)品可靠性的過程。

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為什么要可靠性設(shè)計(jì)？

通過“可靠性設(shè)計(jì)”來保障和提高產(chǎn)品可靠性的理念已經(jīng)成為產(chǎn)品可靠性工程的方向，其原因可以大體地概括如下的兩點(diǎn)：

• ?隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的高度復(fù)雜化，當(dāng)產(chǎn)品研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入后期階段再來處理產(chǎn)品的可靠性問題已經(jīng)太晚。

• 在產(chǎn)品的研發(fā)后期來考慮可靠性問題則造成問題已經(jīng)不可避免，此時(shí)再來處理這一問題會(huì)帶來高額的成本。

能否通過保證產(chǎn)品質(zhì)量來保障產(chǎn)品的可靠性？

• 產(chǎn)品的質(zhì)量(quality)和可靠性(reliability)：在工程上，產(chǎn)品的“質(zhì)量”與“可靠性”是兩個(gè)不同的概念，“質(zhì)量”是指實(shí)際加工制造完成的產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求(workmanship)，而且還滿足人們?cè)谕ǔＲ饬x下對(duì)于產(chǎn)品完整性(integrity)（例如具備一定的環(huán)境適應(yīng)性、消除了早期失效等）的要求?！翱煽啃浴眲t是指產(chǎn)品在所要求的時(shí)間范圍內(nèi)和工作條件下完成指定功能的能力。所以，產(chǎn)品質(zhì)量與其實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境沒有必然的聯(lián)系。當(dāng)然，保證產(chǎn)品質(zhì)量是保障產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)。

• 產(chǎn)品驗(yàn)證(validation and verification)和評(píng)價(jià)(assessment)體系：產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)是一個(gè)驗(yàn)證體系(qualification)，而產(chǎn)品可靠性則是一個(gè)評(píng)價(jià)體系(reliability assessment)。兩者的重要差異在于：不同于前者，后者需要在失效物理這樣的理論構(gòu)架之上才能完成。

產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的核心是失效物理

失效物理是產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

失效物理：一種通過“物理”的理論和方法研究和描述產(chǎn)品失效行為和可靠性的產(chǎn)品可靠性工程方法，為產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)改進(jìn)以及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等的產(chǎn)品可靠性保障工作提供依據(jù)和支撐。

“失效物理”方法的特征：

• 考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)：幾何、材料、功能與性能參數(shù)要求、制造和工藝等

• 考慮使用與環(huán)境

• 量化

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