质量和可靠性的基本概念

2023年12月13日发(作者：大众捷达车质量可靠吗)

质量和可靠性的基本概念

一、 质量

电子产品的水平，要通过产品的质量来体现。电子产品的质量，主要可以分为功能、可靠性和有效度三个方面。

1.电子产品的功能

这里所说的功能，是指产品的技术指标，它包括：

性能指标-----电子产品实际能够完成的物理性能或化学性能，以及相应的电气参数；

操作功能-----产品在操作时是否方便，使用是否安全；

结构功能-----产品的整体结构是否轻巧，维修、互换是否方便；

外观-----整机的造型、色泽和包装；

经济性-----产品的工作效率、制作成本、使用费用及原料消耗等；

2.电子产品的可靠性

电子产品的可靠性是与时间有关的技术指标，它是对电子系统、整机和元器件长期可靠而有效地工作的能力的总的认识。可靠性又可以分为固有可靠性、使用可靠性和环境适应性三方面的内容。

固有可靠性。指产品在使用之前，由确定设计方案、选择元器件及材料、制作工艺过程所决定的可行性因素，是“先天”决定的。

使用可靠性。产品在使用中会逐渐老化，寿命会逐渐减少。使用可靠性是指操作、使用、维护及保养等因素对其寿命的影响。

环境适应性。电子产品的使用环境与其在制造时的生产环境有很大的差别。环境适应性是指产品对温度、湿度、震动、灰尘及酸碱等环境因素和适应能力。

3.有效度

电子产品的有效度，表示产品能够工作的时间与其寿命(产品能够工作和不能工作的时间之和)的比值。它反映了产品能够有效地工作的效率。

用一个最通俗的例子来说，“三天打鱼，两天补网”，这张渔网的有效度就是60%。但假如某种电子产品的有效度只能达到这样的水平，它肯定是不受欢迎的。

4.工作质量和产品质量

电子产品的质量，是在设计、制造和使用过程中形成的，它要受到设计者和生产者的水平、元器件及材料的选取、生产时使用的工具及仪器、工艺加工条件和环境因素等五个方面的影响。这些因素，在管理科学中叫做工作质量。工作质量对产品质量的影响，表现在生产成本、生产量与交货日期、市场营销与售后服务、企业内部工艺技术能力的组织与形成、设备精度的维持能力、企业运行的计划、发展与管理等方面。显然，工作质量是整个质量的一部分，它是对产品质量的保证。

二、 可靠性常识

通俗地说，电子产品的可靠性是指它的有效工作寿命。不能完成功能的产品，就谈不到质量；同样，可靠性差、经常损坏的产品，也是不受欢迎的。

1.寿命

电子产品的寿命，是指它能够完成某一特定功能 的时间，是有一定规律的。在日常生活中，电子产品的寿命可以从三个角度来认识。

产品 的期望寿命，它与产品的设计和生产过程有关。原理方案的选择、材料的利用、加工的工艺水平，决定了产品在出厂时可能达到 的期望寿命。例如，电路保护系统的设计、品质优户的元器件、严谨的生产加工和缜密的工艺管理，都能使产品的期望寿命加长；反之，会缩短它的期望寿命。 第一， 产品的使用寿命，它与产品的使用条件、用户的使用习惯和是否规范操作有关。使用寿命的长短，往往与某些意外情况是否发生有关。例如，产品在使用的时候，供电系统出现意外情况，产品受到不能承受的震动和冲击，用户的错误操作，都可能突然损坏产品，使其使用寿命结束。这些意外情况的发生是不可预知的，也是产品在设计阶段不予考虑的因素。

第二， 产品的技术寿命。IT行业是技术更新换代最快的行业。新技术的出现使老产品被淘汰，即使老产品在物料上没在损坏、电气性能上没有任何毛病，也失去了存在的意义和使用的价值。例如，十几年前生产的计算机，也许没有损坏，但其系统结构和配置已经不能运行今天的软件。IT行业公认的摩尔定律是成立的，它决定了产品的技术寿命。

从理论分析的角度来讲，寿命是定量表征电子元器件可靠件的一个物理量。由于可靠性是一种统计的概念，因此，在某一个特定电子元器件个体发生失效之前，难以表明其确切的寿命值。但在明确了某一批电子元口器件的失效率特征后，就能够获得表征其可靠性的若干寿命参量，如平均寿命、特征寿命等。

(1) 平均寿命

平均寿命μ是最常用的一种寿命寿命特征量，是指一批电子元器件产品寿命的平均值。从数理统计的观点，它是寿命的数学期望值。电子元器件这类产品属于不可修复型产品，它们的平均寿命是指产品在失效前的工作或储存时间的平均值，通常用MTTF（mean time to failure）表示。

如果已知总体的失效分布密谋f(t),则可得到总体平均寿命的表达式：

如果被检的电子元器件产品的失效分布规律服从指数分布，即 ,则

平均寿命可表示为

由此可知：当产品失效属于指数分情况，其平均寿命与失效率之间为倒数关系。

（2）可靠寿命

可靠寿命TR是指一批电子元器件产品的可靠度R(t)下降到r时所经历的工作时间。TR的值可由R(TR)=r求解。假如该产品的失效分布服从指数分布规律，则

即可求得TR如下：

（3）中位寿命

中位寿命T0.5指产品的可靠度R(t)降为50%时的可靠寿命，即

R(T0.5)=F(T0.5)=50%

对于指数分布情况,可得

(4)特征寿命

特征寿命T0.368是指产品的可靠度R(t)降为1/e时的可靠寿命。

（5）寿命试验

寿命试验是指评价分析产品寿命量的试验。它是指在试验室中模拟实际工作状态或储存状态，投入一定量的样品进行试验，记录样品数量、试验条件、失效个数、失效时间等，进行统计分析，从而评估产品的可靠性特征值。 寿命试验以试验项目来划分，可分为长期寿命试验和加速寿命实验，长期寿命试验又可分为长期储存寿命试验和长期工作寿命试验；从数据处理的角度来分，则可分为定时截尾（试验达到规定时间就停止）试验和定数截尾（试验达到规定的失效数就停止）

① 长期储存寿命试验

储存寿命试验是指模拟电子产品在规定的环境条件下处于非工作状态时，评价其存放寿命的试验。试验周期在1000h以上的，称为长期储存寿命试验。环境条件要根据使用情况来定。我国疆域辽阔，环境条件判别很大，所以在确定环境条件时，一定要了解用户对器件使用环境的要求。由于储存试验是处于非工作状态，一般失效率较低，寿命较长，需要抽出较多的样品进行较长的时间来做试验，周期性长达3-5年或更长。通过试验所积累的数据，对于提高产品质量、预测产品的可靠性是很有价值的。

② 长期工作寿命试验

工作寿命试验的指模拟电子产品在规定的环境条件下，加上负荷使之处于工作状态时，评价其工作寿命的试验。试验周期在1000h以上的称为长期工作寿命试验。

工作寿命试验又可分为连续工作寿命试验和间断工作寿命试验。前者又可分为静态和动态两种工作寿命试验。静态工作寿命试验，用于评价产品在额定应力下工作的可靠性，在规定的室温条件下，对器件施加最大耗散功率，分别在240h、480h、1000h、3000h、4000h、5000h测量器件的电参数。动态工作寿命试验则是模拟器件实际工作状态的试验。

③ 加速寿命试验

加速寿命试验是指采用加大应力的方法促使样品在短期内失效，以预测在正常工作条件或储存条件下的可靠性，但不改变受试样品的失效分布

当前，电子元器件的发展极快，表现在技术更加新颖、功能更加复杂、使用环境更加苛刻、可靠性要求更高、寿命要求更长；同时，产品的市场周期更短，竞争更加激烈。为了适应这样的局势，从可靠性的角度出发，仍沿用传统的可靠性实验方法，特别是对高可靠长寿命的微电子器件已不可能，解决的办法只有采用加速寿命试验。

通过加速寿命试验可达到以下目的：

● 在较短的时间内，对高可靠器件的可靠性水平进行评估，可用外推法快速预测在规定条件下的失效率；

● 在较短的时间内，对器件可靠性设计、工艺改进和可靠性增长的效果进行评价；

● 在较短的时间内，加速暴露器件的失效模式和机理，从而可正确地制定失效判据和筛选条件。

2．失效率

对于电子元器件来说，若寿命结束，则叫做失效。电子元器件在任一时刻具有政党功能的概率用可靠度函数R(t)来描述：

其中，λ(t)是电子元器件的失效率函数。

典型的失效率函数曲线已在第1章图1.5中给出，这里从理论上进一步的分析。假设电子整机产品在生产马前，已经对所用的元器件进行了使用筛选，元器件的失效率是一个小常数λ，则它的可靠度为