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常规印制电路板的可靠性设计

更新时间:2015-12-21 16:41:19点击次数:510次

印制电路板的可靠性设计应从设备的设计之始就开始同步进行,而且要贯穿于设备的整个寿命周期。印制电路板的可靠性设计不同于产品自身的性能设计,其目的就是确保设备在规定的时间和条件下完成其规定的功能。为此,产品设计人员首先要实现设计思想的转变,从单一追求性能指标到抓综合效能指标的转变,使性能设计和可靠性设计达到有机的结合。常规的印制电路板的可靠性设计一般分为以下三个阶段:

(1)印制电路板的可靠性分析;

(2)印制电路板的可靠性预计;

(3)印制电路板的可靠性试验。

一、印制电路板的可靠性分析

在设计之前,要进行产品的可靠性需求分析。产品的可靠性需求分析,分定量和定性两个方面。单板及系统的平均故障间隔时间MTBF(或平均致命故障间隔时间MTBCF)、可用度、环境条件、温升控制、电磁兼容指标等可以定量地给予明确规定。保障性、维修性、可生产性、不允许发生事件等方面要定量规定有些困难,但是也应该进行一些定性的规划。

印制电路板的可靠性分析就是通过建立产品的可靠性数学模型,分配可靠性指标于设备的各组成单元,各组成单元根据所分配的可靠性指标再进一步分配于各元器件上,最后依据此指标优选元器件、设计产品的结构、设计产品的制作工艺等。这是进行印制电路板的可靠性设计的关键阶段,只有严格到每一步都按照可靠性指标设计,才能基本保证产品的可靠性。可靠性数学模型是对可靠性的抽象分析,是对可靠性的客观描述,在产品的可靠性分析时,必须使用系统的分析模型。可靠性数学模型分为串联系统和混联系统两种。

1 串联系统

如果整机系统是由多个单元(即分机、分系统或元件)组成,只要其中系统中的任意一个发生失效,则整个整机系统就失效。换句话说,就是只有系统的每个单元部件都不失效,系统才能不失效。这种系统称为串联系统,其结构模型如图1-2所示。

假定串联系统中的M个单元是相互独立的,每个单元的可靠度为Ri,根据概率乘法法则,系统的可靠度Rs的数学模型可写成:

通过上述分析可见:

(1)独立串联系统的可靠度等于各单元可靠度的乘积,独立串联系统的失效率等于各单元的失效率之和。

(2)整个串联系统的可靠性值低于可靠性值最低的一个部件。提升可靠性值最低的部件的可靠性指,对提升整个系统的可靠性值最快最明显。

(3)串联系统部件数量增加,系统可靠性降低。

工程实践中,独立串联系统使用很多。对于一般电子设备,各分系统的功能对于系统来说都是必不可少的,而且每个分系统故障的发生与否对其他分系统的故障发生与否不产生影响,所以属于独立的串联结构。

2 并联系统

如果整机系统是由m个单元组成,只要其中任意一个单元能正常工作,则整个系统就能正常工作。换句话说,只有m个单元部件全部失效,则系统才失效。这样的系统称为并联系统,其结构模型用图1-3表示。

假定系统中m个单元是相互独立的,每个单元的可靠度为Ri,则累积失效概率(即不可靠度)为Fi。因为并联系统失效,则此系统中每个单元都失效,根据概率乘法的法则,系统的累积失效概率为:

由此可以知道:

(1)系统的可靠性值高于可靠性值最高的部件的可靠性值。

(2)可靠性值最高的元件对系统的可靠性影响最大。

(3)可靠性最高的元件最后失效。提升可靠性值最高的部件,对提升整个系统的影响最快最明显。

(4)增加纯并联系统的部件数量,系统可靠性值提升。但要考虑到重量、成本、体积等。

二、印制电路板的可靠性预计

产品的可靠性预计就是估计产品在给定条件下的可靠性,它根据各组成单元、元器件以及电路板的可靠性来推测产品的可靠性,这是一个由局部到整体、由小到大、自下往上的过程,其价值就在于作为设计手段为设计决策提供依据。为了达到预计的及时性,在设计的不同阶段可采用不同的预计方法,由粗到细,随着研制工作的深化而不断细化。

可靠度分析和可靠性预计是可靠性定量设计的重要任务,两者是相辅相成的,在设备设计的各个阶段(如方案论证、初步设计、详细设计阶段)均要反复进行多次,力争最优化,提高产品的可靠度。

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