可靠性技术丛书 可靠性设计PDF电子书下载

上篇 定量设计 2

第1章 概述 2

1.1 DfR的概念与发展 2

1.1.1 DfR的历史 2

1.1.2 可靠性1.0与2.0的核心特征 5

1.1.3 DfR、TSQ与可靠性3.0 6

1.1.4 DfR的收益 9

1.2 DfR关键流程 11

1.2.1 识别阶段 11

1.2.2 设计阶段 13

1.2.3 分析阶段 14

1.2.4 验证阶段 16

1.2.5 确认阶段 17

1.2.6 控制阶段 17

1.3 DfR的实施原则 18

1.3.1 DfR不是单独的活动 18

1.3.2 要充分估计现有的技术水平 19

1.3.3 准确掌握产品在运输、储存及使用中所遇到的环境和所处的状态 19

1.3.4 可制造性设计是可靠性设计的重要内容 20

1.3.5 可靠性定量活动应贯彻产品的研究和设计的始终 21

1.3.6 重视和加强设计阶段的可靠性管理 21

1.3.7 可靠性设计技术与管理同等重要 22

1.4 DfR的计算机实现 23

1.5 DfR的评估 24

1.5.1 利用IEEE 1624评估 24

1.5.2 利用AIAG计分评估法 28

1.6 本书的编排 29

参考文献 30

第2章 产品可靠性表征与寿命分布 31

2.1 产品的可靠性定义 31

2.1.1 规定的任务和功能 32

2.1.2 确定环境和使用条件 32

2.1.3 工作状态和任务时间 32

2.2 产品的可靠性指标 32

2.2.1 常用的可靠性指标 33

2.2.2 产品的寿命特征量 35

2.3 可靠性指标间的相互关系 38

2.4 产品的寿命分布 40

2.4.1 指数分布 41

2.4.2 正态分布 42

2.4.3 对数正态分布 43

2.4.4 威布尔（Weibull）分布 43

2.4.5 B10寿命 44

2.5 浴盆曲线与失效率等级 45

2.5.1 失效率的单位 46

2.5.2 失效率的等级 47

2.6 维修度与有效度 47

参考文献 49

第3章 可靠性模型的建立 50

3.1 可靠性模型的作用与组成 50

3.2 基本可靠性模型和任务可靠性模型 51

3.2.1 基本可靠性模型 51

3.2.2 任务可靠性模型 52

3.2.3 基本可靠性与任务可靠性的区别和关系 53

3.2.4 基本可靠性和任务可靠性的权衡 54

3.3 系统可靠性模型 54

3.3.1 系统可靠性模型概述 54

3.3.2 串联系统 55

3.3.3 并联系统 55

3.3.4 循环工作的可靠性模型 56

3.3.5 表决系统（n中取γ系统） 57

3.3.6 温储备系统 57

3.3.7 串联、并联系统可靠性的计算 58

3.3.8 冷储备系统 59

3.3.9 网络系统 61

3.3.10 共因故障模型 63

3.3.11 均分负载系统 66

3.3.12 储存可靠性模型 67

3.4 建立可靠性模型的程序和原则 69

3.4.1 建立程序 69

3.4.2 应用示例 75

3.4.3 可靠性建模工作的注意事项 77

参考文献 78

第4章 可靠性预计 79

4.1 可靠性预计的意义和作用 79

4.1.1 可靠性预计的意义 79

4.1.2 可靠性预计的作用 80

4.2 可靠性预计的主要方法 81

4.2.1 基于数理统计可靠性预计法 81

4.2.2 失效物理分析法 81

4.2.3 相似预计法 82

4.2.4 相似复杂性法 82

4.2.5 功能预计法 82

4.2.6 上、下限法 83

4.3 可靠性预计标准的发展及其主要分类 83

4.4 可靠性预计一般程序 87

4.5 计数法可靠性预计 88

4.5.1 元器件计数法可靠性预计所需信息及方法 88

4.5.2 计数法用的数据表 90

4.5.3 预计示例 91

4.6 应力分析法可靠性预计 96

4.6.1 应力分析法的应用范围 96

4.6.2 电子设备可靠性预计示例 96

4.7 失效物理分析法的模型与应用 106

4.7.1 概述 106

4.7.2 失效物理模型示例 107

4.7.3 失效物理分析法应用示例 109

参考文献 112

第5章 可靠性分配 114

5.1 可靠性分配的目的和作用 114

5.2 可靠性分配考虑的因素 114

5.3 可靠性分配的原理和准则 115

5.4 可靠性分配的参数 116

5.5 可靠性分配的层次 116

5.6 可靠性分配的一般方法 117

5.6.1 等分配法 117

5.6.2 考虑重要度和复杂度的分配法（AGREE分配法） 117

5.6.3 ARINC分配法 118

5.6.4 评分分配法（目标可行性法） 119

5.6.5 比例组合分配法 122

5.6.6 最少工作量法（可靠度再分配法） 124

5.6.7 直接寻查法 126

5.6.8 拉格朗日乘数法 126

5.6.9 基于遗传算法的可靠性分配方法 128

5.7 进行可靠性分配时的注意事项 131

参考文献 131

第6章 故障模式、影响及危害性分析（FMECA） 132

6.1 FMECA有关概念 132

6.2 FMECA相关标准及应用 133

6.2.1 美国FMECA相关标准 133

6.2.2 欧洲等地区的FMECA标准 134

6.2.3 汽车行业等民用FMECA标准 134

6.2.4 国内FMECA标准 135

6.2.5 几个重要的FMECA标准介绍 136

6.2.6 FMECA技术应用现状 138

6.3 FMECA的作用 140

6.3.1 FMECA在可靠性分析中的应用 140

6.3.2 FMECA在维修性分析中的应用 141

6.3.3 FMECA在安全性分析中的应用 141

6.3.4 FMECA在测试性分析中的应用 142

6.3.5 FMECA在保障性分析中的应用 143

6.4 FMECA的实施要求 144

6.5 FMECA的工作内容及方法应用 145

6.5.1 FMECA的工作内容 145

6.5.2 FMECA方法应用 145

6.5.3 功能及硬件FMECA 147

6.5.4 软件FMECA 150

6.5.5 损坏模式及影响分析DMEA 151

6.5.6 过程FMECA 153

6.6 FMECA计划及流程 154

6.6.1 FMECA工作计划流程 154

参考文献 160

第7章 故障树分析 161

7.1 分析的概念 161

7.2 FTA方法基础 162

7.2.1 FTA分析中的标准符号 162

7.2.2 布尔代数运算法则 164

7.2.3 可靠性框图与FTA 165

7.2.4 最小路集和最小割集 165

7.2.5 共同原因故障 166

7.2.6 结构重要度 167

7.2.7 概率重要度 168

7.3 故障树的一般方法 169

7.3.1 概述 169

7.3.2 故障树的建造和简化 169

7.3.3 定性分析——求最小割集 171

7.3.4 定量分析——计算顶事件发生的概率和重要度 172

7.4 故障树分析应用实例 176

7.4.1 压力罐系统建树过程 176

7.4.2 压力罐系统的故障树规范化和模块分解 183

7.4.3 压力罐系统故障树定性分析及其应用 183

7.4.4 压力罐系统的故障树定量分析 186

参考文献 187

第8章 可靠性定量设计工具 188

8.1 概述 188

8.2 基本可靠性预计 189

8.2.1 功能概述 189

8.2.2 可靠性预计 190

8.2.3 不同设计方案的可靠性仿真 195

8.3 任务可靠性预计（可靠性框图分析） 196

8.3.1 功能概述 196

8.3.2 RBD的建立 198

8.3.3 RBD节点与产品的关联 201

8.3.4 RBD图形中多功能设备的设置 202

8.3.5 RBD图分析与计算 203

8.3.6 RBD图形和报表输出 205

8.4 可靠性分配 205

8.4.1 功能介绍 205

8.4.2 可靠性分配 208

8.4.3 可靠性分配结果的调整与验证 209

8.4.4 报表输出 210

8.5 故障模式、影响及危害性分析程序 210

8.5.1 功能简介 210

8.5.2 FMECA基础数据预定义 211

8.5.3 自定义FMECA分析类型 211

8.5.4 FMECA检查 213

8.5.5 定量计算 214

8.5.6 FMECA报表输出 214

8.5.7 查看影响关系图 216

8.5.8 转为故障树 216

8.5.9 合并低层次数据 216

8.6 故障树分析程序 217

8.6.1 功能介绍 217

8.6.2 故障树记录管理 217

8.6.3 事件管理 219

8.6.4 故障树符号 220

8.6.5 故障树的建立 222

8.6.6 故障树分析、计算 223

8.6.7 故障树图形和报表输出 224

8.7 可靠性评估工具 225

8.7.1 功能介绍 225

8.7.2 评估图记录管理与图形编辑 225

8.7.3 试验数据管理 226

8.7.4 可靠性评估计算 226

参考文献 228

第9章 可靠性定量设计流程与案例 229

9.1 可靠性定量设计流程 229

9.2 可靠性定量设计案例 230

9.2.1 企划与可靠性指标 230

9.2.2 产品认知 230

9.2.3 可靠性指标的分配 231

9.2.4 可靠性指标的预计 232

9.2.5 设计实现 233

9.2.6 FMEA 236

9.2.7 FTA 242

9.2.8 现场数据分析 244

参考文献 244

下篇 定性设计 248

第10章 可靠性设计准则的制定与实施 248

10.1 可靠性设计准则的内涵 248

10.1.1 可靠性设计准则的定义 248

10.1.2 可靠性设计准则的作用 249

10.2 建立可靠性设计准则的步骤 250

10.3 可靠性设计准则制定中应注意的事项 254

10.3.1 处理好简化设计与“三化”的关系 254

10.3.2 设法消除降额设计中的“不愿”与“不会” 255

10.3.3 处理好容差设计中的长期稳定性与短期稳定性 255

10.3.4 切合实际的热设计就是好的热设计 256

10.3.5 静电防护的误区 257

10.3.6 软件可靠性设计是产品可靠性准则的重要内容 258

10.3.7 冗余设计的应用限制 259

10.3.8 潜在通路分析需引起注意 260

10.3.9 非电子产品更需要可靠性设计准则 261

参考文献 262

第11章 元器件的选择与应用 263

11.1 元器件选择的基本要求 263

11.2 质量等级的选择 266

11.2.1 元器件质量等级的定义 266

11.2.2 国产电子元器件的质量等级 266

11.2.3 进口电子元器件的质量等级 277

11.2.4 元器件质量等级选择原则 278

11.3 封装结构的选择 279

11.4 元器件的合理选用 281

11.4.1 分立半导体器件的选用 281

11.4.2 集成电路的选用 285

11.4.3 电阻器与电位器的选用 289

11.4.4 电容器的选用 293

11.4.5 电感器的选用 299

11.4.6 继电器的选用 299

11.4.7 接插件的选用 303

11.4.8 电缆的应用注意点 305

参考文献 306

第12章 元器件的主要失效模式及其预防 307

12.1 元器件的失效物理模型 307

12.2 电子元件的主要失效模式及预防 308

12.2.1 电阻器 308

12.2.2 电容器 309

12.2.3 电感器 312

12.2.4 变压器 313

12.2.5 传感器和敏感元件 315

12.2.6 开关 316

12.2.7 继电器 316

12.2.8 熔断器 320

12.2.9 接插件 321

12.3 半导体分立器件的主要失效模式及其预防 322

12.3.1 分立器件的主要失效模式及预防 322

12.4 集成电路的主要失效模式及其预防 323

12.4.1 集成电路的分类 323

12.4.2 主要失效模式及其预防 325

12.4.3 集成电路的选用 326

12.5 晶振的主要失效模式及其预防 327

12.5.1 晶振的类型与主要参数 327

12.5.2 晶振的主要失效模式及其预防 329

12.6 光电子器件的主要失效模式及其预防 330

12.6.1 激光器 330

12.6.2 光电耦合器 332

12.6.3 光电显示器件 333

参考文献 337

第13章 降额设计 338

13.1 降额设计的定义与合理应用 338

13.1.1 降额的有关定义 338

13.1.2 降额等级 338

13.1.3 降额等级的选择 339

13.1.4 应用降额技术应注意的问题 341

13.2 降额设计的理论依据 342

13.2.1 阿列尼乌斯方程 342

13.2.2 电应力降额的逆幂率法则 343

13.3 降额系数的确定 343

13.3.1 数学模型及λb-s-T关系图 344

13.3.2 降额曲线 344

13.3.3 降额图 345

13.3.4 降额因子 347

参考文献 353

第14章 潮湿敏感器件的防护与管理 354

14.1 潮湿敏感器件的基础知识 354

14.1.1 潮湿敏感器件防护与管理的紧迫性 354

14.1.2 潮湿敏感器件的国际标准 355

14.1.3 潮湿敏感器件的等级划分 356

14.1.4 潮湿敏感器件的包装信息 357

14.2 潮湿敏感器件控制不当产生的潜在危害 358

14.2.1 导致潮湿敏感器件失效的因素 358

14.2.2 潮湿敏感器件产生危害的机理 358

14.2.3 潮湿敏感器件危害的表现形式 359

14.3 MSD器件的烘烤方法 359

14.3.1 烘烤条件 359

14.3.2 烘烤流程及记录 361

14.3.3 烘烤方法 362

14.3.4 注意事项 362

14.4 MSD潮湿敏感器件的管理 363

14.4.1 进货及库存管理 364

14.4.2 生产管理 365

14.4.3 返工／返修管理 366

14.4.4 过程控制 366

14.5 PCB存储及烘烤 367

14.5.1 仓储条件要求 367

14.5.2 存储期规定 367

14.5.3 取板和运输要求 368

14.5.4 PCB上线前的检查和处理 368

14.5.5 生产过程中停留时间的规定 369

14.5.6 OSP板的使用要求 369

14.5.7 PCBA存储与烘烤 370

14.6 案例 370

14.6.1 案例简述 370

14.6.2 问题描述 371

14.6.3 故障确认 371

14.6.4 故障分析 371

14.6.5 解决方案 376

参考文献 376

第15章 电路结构简化设计 378

15.1 电路集成化 378

15.1.1 用线性集成电路取代分立器件电路 379

15.1.2 用中、大规模数字集成电路取代小规模集成电路 379

15.2 数字逻辑电路的简化 379

15.3 模拟电路的简化 380

参考文献 381

第16章 容错设计 382

16.1 冗余设计 382

16.1.1 冗余设计的基本概念 382

16.1.2 常用的冗余设计方法 383

16.2 冗余方式对可靠性的提高 383

16.2.1 并联冗余 383

16.2.2 表决冗余 385

16.2.3 串并组合冗余 385

16.2.4 非工作冗余 387

16.3 故障模式对冗余的影响 388

16.4 灵活应用冗余设计的示例 389

16.5 软件容错技术 392

16.5.1 常用的软件容错技术方法 393

16.5.2 软件容错技术的示例 395

参考文献 397

第17章 气候环境的“三防”设计 399

17.1 “三防”技术及其发展 399

17.2 环境条件及其影响 400

17.2.1 温度、湿度的影响 401

17.2.2 霉菌的影响 401

17.2.3 盐雾的影响 402

17.3 “三防”防护的依据 402

17.3.1 寿命期内的环境剖面 403

17.3.2 “三防”防护的依据 403

17.4 “三防”设计 404

17.4.1 结构与防腐蚀设计 404

17.4.2 封装与微环境改善 405

17.4.3 合理选择材料 406

17.5 机柜的“三防”设计 409

17.5.1 机柜材料的选择 409

17.5.2 机柜结构优化设计 410

17.6 印制电路板组件的“三防”设计 410

17.7 电接点（焊接点及电接触点）的“三防”设计 412

17.8 “三防”评价 414

17.8.1 金属镀层和化学覆盖层评价 414

17.8.2 有机涂层 415

17.8.3 其他材料评价 415

参考文献 415

第18章 热设计 417

18.1 概述 417

18.1.1 热应力是影响电子产品可靠性的重要因素 417

18.1.2 电子设备热设计目的 418

18.2 热设计通用要求 418

18.2.1 热设计实施程序 418

18.2.2 热设计基本要求 420

18.2.3 热设计一般步骤 421

18.3 电子设备冷却方法 422

18.3.1 冷却方法分类与选择流程 422

18.3.2 冷却方法的选择依据与设计要求 423

18.3.3 冷却方法选择注意事项 426

18.4 元器件热设计 427

18.4.1 从热性能角度选用元器件 427

18.4.2 半导体器件的散热 427

18.4.3 散热器的选择与设计 427

18.4.4 散热器的设计与计算 428

18.4.5 元器件自然对流换热的简化计算 435

18.5 电子组件的热设计 435

18.5.1 印制电路板的散热 435

18.5.2 印制电路板的热设计原则 436

18.5.3 印制电路板上电子元器件热安装与布置 437

18.6 风道与风扇 442

18.6.1 风道设计 442

18.6.2 风扇 445

18.7 热性能试验技术 450

18.7.1 温度测量 451

18.7.2 流速测量 456

18.7.3 流场分布测量 457

18.7.4 流体压力测量 460

18.7.5 流量测量 462

参考文献 463

第19章 静电防护（ESD） 464

19.1 静电和静电放电 464

19.1.1 静电放电的特点 465

19.1.2 静电放电的类型 465

19.1.3 静电放电的危害 466

19.1.4 静电放电模型 466

19.2 器件装配环境的防静电措施 470

19.2.1 设置防静电工作区 470

19.2.2 敷设防静电地板 470

19.2.3 静电敏感器件应在防静电工作台上操作 471

19.2.4 静电防护区的相对湿度应控制在40％以上 471

19.2.5 防静电接地系统的设置 471

19.2.6 静电保护区内应使用防静电器具 472

19.2.7 有条件时可安装静电监测报警装置 472

19.3 器件使用者的防静电措施 473

19.4 器件包装、运送和储存过程中的防静电措施 475

19.4.1 包装 475

19.4.2 运送与传递 475

19.4.3 储存 475

19.5 设备的ESD防护 476

19.5.1 设备的ESD防护设计 476

19.5.2 PCB的ESD防护设计 477

19.5.3 防护电路 478

19.6 ESD损伤的失效定位分析技术 480

19.6.1 ESD损伤的电学测试 481

19.6.2 开封定位分析 481

19.6.3 分层剥离技术 483

19.7 案例 483

参考文献 487

第20章 防闩锁设计 488

20.1 闩锁效应 488

20.2 闩锁触发条件 490

20.3 防闩锁设计 491

20.3.1 版图的防闩锁设计 491

20.3.2 工艺的防闩锁设计 493

20.3.3 电路的防闩锁设计 494

20.4 闩锁失效案例 497

参考文献 502

第21章 防浪涌设计 503

21.1 电子产品端口的浪涌防护设计 503

21.1.1 电源端口的浪涌抑制 503

21.1.2 通信端口的浪涌抑制 505

21.1.3 天线端口的浪涌抑制 506

21.1.4 其他信号／控制端口的浪涌抑制 506

21.1.5 地线反弹的抑制 507

21.2 电子产品内部浪涌的防护设计 507

21.2.1 集成电路开关工作产生的浪涌电流 507

21.2.2 接通电容性负载时产生的浪涌电流 508

21.2.3 断开电感性负载时产生的浪涌电压 509

21.2.4 接地不当导致器件损坏 511

21.2.5 TTL电路防浪涌干扰应用 511

参考文献 514

第22章 潜在通路分析 515

22.1 潜在通路分析的由来 515

22.2 潜在通路及潜在通路分析技术 516

22.2.1 潜在通路 516

22.2.2 潜在通路分析技术 517

22.3 潜在通路的表现形式和设计预防 517

22.3.1 潜在通路 518

22.3.2 潜在时间 519

22.3.3 潜在标志 520

22.3.4 潜在指示 520

22.3.5 潜在通路的设计评审 521

22.4 潜在通路的分析方法与基本步骤 521

22.4.1 潜在通路的分析方法 521

22.4.2 潜在通路分析的基本步骤 523

22.5 潜在通路分析技术及工具 524

22.5.1 国外的潜在通路分析技术与工具 524

22.5.2 国内的潜在通路分析技术与工具 529

22.6 潜在通路分析技术的应用 531

参考文献 531

第23章 容差与漂移设计 533

23.1 容差与漂移设计的概念 534

23.2 容差分析方法 535

23.2.1 敏感度分析与极差综合法 536

23.3 漂移设计的计算机仿真 539

23.3.1 系统性能可靠性数字仿真的一般方法 540

23.3.2 应用举例 541

参考文献 546

第24章 软件质量和可靠性设计 547

24.1 软件质量与可靠性的基本概念 547

24.1.1 软件及软件工程 547

24.1.2 软件质量 554

24.1.3 软件可靠性的基本概念 558

24.2 软件可靠性设计 562

24.2.1 基本策略 562

24.2.2 需求分析 564

24.2.3 概要设计和详细设计 566

24.2.4 查错和改错设计 571

24.2.5 软件可靠性设计准则 576

24.3 软件测试 583

24.3.1 软件测试的目的 583

24.3.2 软件测试的分类 583

参考文献 584

第25章 电磁兼容设计 586

25.1 元器件的选择 586

25.1.1 无源器件的选用 586

25.1.2 有源器件的选用 591

25.1.3 磁性元件的选用 593

25.1.4 元器件选择的一般规则 595

25.2 印制电路板（PCB）的设计 595

25.2.1 PCB布局 596

25.2.2 磁通量最小化与镜像平面 599

25.2.3 PCB布线 601

25.2.4 印制电路板设计的一般规则 602

25.3 接地和搭接设计 603

25.3.1 接地的概念和基本方法 604

25.3.2 接地点的选择 607

25.3.3 公共阻抗干扰及其抑制 608

25.3.4 搭接 609

25.3.5 搭接及接地设计的一般规则 610

25.4 屏蔽技术的应用 612

25.4.1 屏蔽原理 612

25.4.2 设备孔、缝的屏蔽设计 614

25.4.3 电磁屏蔽材料的选用 616

25.4.4 屏蔽设计的一般规则 619

参考文献 621

第26章 可靠性整体解决方案（TSQ）的原理及应用 625

26.1 引言 625

26.2 质量提升的困惑 626

26.2.1 企业的困惑 626

26.2.2 缺陷与波动 627

26.2.3 等板平衡 627

26.3 TSQ方法特点及流程 628

26.3.1 TSQ方法特点 628

26.3.2 TSQ的关键流程 629

26.4 TSQ关键技术 629

26.4.1 平衡矩阵技术 629

26.4.2 波动查找技术 630

26.4.3 缺陷预防技术 631

26.5 TSQ技术模块 632

26.5.1 TSQ技术模块的应用 633

26.5.2 模块说明 635

26.6 TSQ实施案例 648

26.6.1 轨道交通应用案例 648

26.6.2 仪器仪表行业应用案例 651

26.6.3 家用电器行业应用案例 656

参考文献 660