电子产品设计可靠性是指电子产品在规定的条件下，在给定的时间内执行所要求的功能不出现失效的概率。提高产品可靠性是提高产品完好性和工作成功性，减少维修和寿命周期费用的重要途径，在产品研制过程中，深入开展可靠性工程，对提高产品可靠性具有十分重要的意义。

可靠性可以综合反映产品的质量。电子元件的可靠性是电子设备可靠性的基础，要提高设备或系统的可靠性必须提高电子元件的可靠性。可靠性是电子元件的重要质量指标，须加以考核和检验。

1.可靠性的指标

衡量可靠性的指标很多，常见的有以下几种。

（1）可靠度R（t），即在规定条件下、规定时间内完成规定功能的概率，也称平均无故障时间MTBF。

（2）平均维修时间MTTR，是指产品从发现故障到恢复规定功能所需要的时间。

（3）失效率λ（t），是指产品在规定的使用条件下使用到时刻t后，产品失效的概率。

（4）有效度A（t），指产品能正常工作或发生故障后在规定时间内能修复，而不影响正常生产的概率大小等。

产品的可靠性变化一般都有一定的规律，其特征曲线如图 8−25所示，由于其形状像浴盆，通常称之为“浴盆曲线”。

图8−25　产品可靠性特征曲线

新产品从安装调试过程至移交生产试用阶段，由于设计、制造中的缺陷，零部件加工质量以及操作工人尚未全部熟练掌握等原因，致使这一阶段故障较多，问题充分暴露，这一阶段称为早期失效期。

通过修正设计、改进工艺、老化元器件以及整机试验等，使产品进入稳定的偶然失效期。这时产品已经稳定，操作工人已逐步掌握了产品的性能、原理和调整的特点，故障明显减少，产品进入正常运行阶段。

在这一阶段所发生的故障，一般是由于维护不当、使用不当、工作条件（负荷、温度、环境等）劣化等原因，或者由于材料缺陷、控制失灵、结构不合理等设计、制造上存在的问题所致。使用一段时间后，由于器件耗损、整机老化及维护等原因，产品进入了损耗失效期。

随着使用时间延长，各元器件因磨损、腐蚀、疲劳、材料老化等逐渐加剧而失效，致使产品故障增多、效能下降，为排除故障所需时间和排除故障的难度都逐渐增加，维修费用上升。

2.影响电子元器件可靠性的因素

1）设计不合理

根据元器件失效分析统计情况，电子元器件的失效不仅仅是电子元器件本身的品质问题，还有些是由于设计不合理引起的。

2）人为因素

元器件在运输、检验、安装等情况下，都可以导致元器件的失效。造成失效的因素有：电子元器件在运输中和在车辆的应用中受到的振动、冲击、碰撞等机械应力；在印制电路板焊接时的过热现象；在开关打开或关闭时产生的浪涌电压；发动机产生的噪声；干燥环境下的静电影响；生产场地周围的电磁场；以及印制电路板焊接完后，清洁工作中产生的超声振动等因素。

3）自然环境因素

自然环境条件严重影响产品的可靠性，给国民经济造成重大损失。据美国国家标准局近年的调查，由于腐蚀使美国每年的损失相当于国民生产总值的4%，这比美国每年的水灾、风灾、雷击和地震等自然灾害所造成损失的总和还要严重。美国曾经对机载电子设备全年的故障进行剖析，发现故障的原因如下：50%以上的故障是由各种环境所致，而温度、振动、湿度等3项环境造成电子设备43.58%的故障率。所以，温度、振动、湿度等环境条件对电子设备及设备中电子元器件的影响必须引起足够的重视。

4）其他因素

除了由于自然环境和人为失误引起的物理应力外，电子元器件制造设备或系统的操作条件也可影响到电子元器件的可靠性。实际上，组合环境对可靠性的危害要比单个环境的影响更大，如温度和湿度的并存作用往往是引起电子元器件腐蚀的主要原因。

3.电子产品可靠性设计必须注意的事项

1）产品使用因素

温度、湿度、振动、腐蚀、污染、产品可能承受的压力、服务的严酷度、静电释放环境、射频干扰、吞吐量、应力强度等都是产品使用的因素，必须考查。(www.daowen.com)

2）设计失效模式分析

就实际情况而言，了解失效的潜在原因是防止失效的根本，要预知所有这些原因几乎是不切实际的，所以还必须考虑到所涉及的不确定性。在设计、开发制造和服务过程中，可靠性工程方面的努力应该注重所有“可预计”和“可能未预计”的失效原因，以确保防止发生失效或使发生失效的概率最小。

3）失效模式和影响分析

失效模式和影响分析是指对系统进行分析，以识别潜在失效模式、失效原因及对系统性能（包括组件、系统或者过程的性能）影响的系统化程序。此项分析应尽可能在开发周期的早期阶段成功进行，以获得消除或减少失效模式的最佳效费比。

失效模式和影响分析可描述为一组系统化的活动，目的是发现和评价产品过程中潜在的失效及后果；找到能够避免或减少这些潜在失效发生的措施。它是对设计过程的更加完善化，以明确必须做什么样的设计和过程才能满足顾客的需要。

4）容差和最差案例分析

使用各种数学计算分析技术（如总和平方根、极值分析和统计公差）以使影响可靠性的变差特性化。主要分析产品的组成部分在规定的使用范围内，其参数偏差和寄生参数对性能容差的影响，并根据分析结果提出相应的改进措施。

电路容差分析工作应用在产品详细设计阶段，已经具备了电路的详细设计资料后完成。电路性能参数发生变化的主要表现有性能不稳定、参数发生漂移、退化等，造成这种现象的原因有组成电路零部件参数存在公差、环境条件的变化产生参数漂移、退化效应。设计过程中要分析电路上、下限工作条件。

5）最坏情况分析法

最坏情况分析法是分析电路组成部分参数最坏组合情况下的电路性能参数偏差的一种非概率统计方法。它利用已知零部件参数的变化极限来预计系统性能参数变化是否超过了允许范围。最坏情况分析法可以预测某个系统是否发生漂移故障，并提供改进方向，该方法简便、直观。但分析的结果偏于保守。

4.电子产品可靠性设计内容

在产品设计过程中，为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动，叫作产品可靠性设计。可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分，是实现产品固有可靠性要求的最关键环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的。

在产品研制过程中，常用的可靠性设计原则和方法有元器件选择和控制、热设计、简化设计、降额设计、冗余和容错设计、环境防护设计、健壮设计和人为因素设计等。除了元器件选择和控制、热设计主要用于电子产品的可靠性设计外，其余的设计原则及方法均适用于电子产品和机械产品的可靠性设计。

1）可靠性设计

可靠性设计方法包括：元器件的选型、购买、运输、储存；元器件的老化、筛选、测试；降额设计；冗余设计；电磁兼容设计；故障自动检测诊断；软件可靠性设计；失效保险；热设计；EMC设计；安规设计；环境设计；电路设计关键等。

电路设计关键包括防电流倒灌、热插拔、过流保护、反射波干扰、电源干扰、静电防护、商店复位设计、看门狗设计、时钟信号驱动设计、高速信号匹配设计、印制电路板布线检查、去耦电容检查等。

2）可靠性测试

其主要包括环境适应性测试、EMC测试、其他测试等。

（1）环境适应性测试，包括：高温测试（高温运行、高温储存）；低温测试（低温运行、低温储存）；高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）；高温高湿测试（湿热储存、湿热循环）；机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）；运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）；机械冲击测试；开关电测试；源拉偏测试；冷启动测试；盐雾测试；淋雨测试；尘沙测试；防硫化测试等。

（2）EMC测试，主要包括：传导发射；辐射发射；静电抗扰性测试；电快速脉冲串抗扰性测试；浪涌抗扰性测试；射频辐射抗扰性测试；传导抗扰性测试；电源跌落抗扰性测试；工频磁场抗扰性测试；电力线接触；电力线感应等。

（3）其他测试，主要包括外观测试、寿命测试、软件测试等。

① 外观测试，包括：附着力测试；耐磨性测试；耐醇性测试；硬度测试；耐手汗测试；耐化妆品测试等。

② 寿命测试，包括：某器件在活动部件的活动次数；某部件（如电视遥控器）的使用寿命；两个器件拔插连接的拔插次数等。

③ 软件测试，包括：基本性能测试；兼容性测试；边界测试；竞争测试；压迫测试；异常条件测试等。