电子产品和系统的可靠性设计——失效物理

本文来源于可靠性物理实验室

什么是可靠性设计？

产品的可靠性设计(Design for Reliability or DfR)是指在产品的研发进入后期阶段（如样机测试、设计定型、小批量试生产等阶段）以前，尤其是产品的研发尚处在早期阶段（如系统的概念设计和验证阶段）的时候，就在产品的各重要研发环节（例如设计方案的优化、材料和元器件的选型等）利用包括仿真在内的各种工具和手段保障产品可靠性的过程。

       

为什么要可靠性设计？

通过“可靠性设计”来保障和提高产品可靠性的理念已经成为产品可靠性工程的方向，其原因可以大体地概括如下的两点：

•  随着现代电子产品和系统的高度复杂化，当产品研发已经进入后期阶段再来处理产品的可靠性问题已经太晚。

• 在产品的研发后期来考虑可靠性问题则造成问题已经不可避免，此时再来处理这一问题会带来高额的成本。

能否通过保证产品质量来保障产品的可靠性？

• 产品的质量(quality)和可靠性(reliability)：在工程上，产品的“质量”与“可靠性”是两个不同的概念，“质量”是指实际加工制造完成的产品满足设计要求(workmanship)，而且还满足人们在通常意义下对于产品完整性(integrity)（例如具备一定的环境适应性、消除了早期失效等）的要求。“可靠性”则是指产品在所要求的时间范围内和工作条件下完成指定功能的能力。所以，产品质量与其实际的应用环境没有必然的联系。当然，保证产品质量是保障产品可靠性的基础。

• 产品验证(validation and verification)和评价(assessment)体系：产品的质量检验是一个验证体系(qualification)，而产品可靠性则是一个评价体系(reliability assessment)。两者的重要差异在于：不同于前者，后者需要在失效物理这样的理论构架之上才能完成。

产品可靠性设计的核心是失效物理

失效物理是产品可靠性设计的核心内容。

失效物理：一种通过“物理”的理论和方法研究和描述产品失效行为和可靠性的产品可靠性工程方法，为产品的可靠性评价、设计改进以及试验方案设计等的产品可靠性保障工作提供依据和支撑。

“失效物理”方法的特征：

• 考虑产品设计：几何、材料、功能与性能参数要求、制造和工艺等

• 考虑使用与环境

• 量化

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