如何從可靠性角度選用電子元器件

說起電子元器件大家應該都不會陌生，那電子元器件的可靠性呢？電子元器件的可靠性是影響產品可靠性的一個重要因素。產品可靠性直接影響到工程師的睡眠、心情、工作時長，一個不小心就要熬夜調板子，所以要想保證產品的可靠性就必須要保證電子元器件的可靠性。

電子元器件可靠性包括兩部分：1、固有可靠性，2、使用可靠性

電子元器件的固有可靠性

固有可靠性指的是什么？指的是在生產過程中已經確立的可靠性，它是產品內在的可靠性，是生產廠家模擬實際工作條件的標準環境下，對產品進行檢查并給予保證的可靠性。固有可靠性由電子元器件的生產單位電子元器件設計 、制造工藝、原材料的選用過程的質量控制及檢驗精度所決定。例如一個電阻的精度是5%，另一個電阻的精度是1%，精度1%和5%就是電阻的固有可靠性。

下面兩圖所示的貼片電容的技術參數、封裝參數、外形參數、物理參數等都是屬于固有可靠性。

貼片電容技術參數以及封裝參數圖

貼片電容外形尺寸及物理參數圖

工程師在電路設計中需要對電子元器件選型，這其中必不可少的一部分就是電子元器件的可靠性，而電子元器件固有可靠性就是其中最容易忽略的。

工業領域、醫療領域、軍工領域、消費電子等領域對于電子元器件的固有可靠性要求是不一樣的。例如：軍工領域對電阻的精度、組值、溫漂等參數要求非常嚴格，消費電子類領域對電阻的需要量大，且價格稍微便宜一點。

關于電子元器件的固有可靠性，工程師需要結合產品的功能、要求、領域、成本、品牌等要求綜合去考慮電子元器件的材料、封裝、外形尺寸等參數，關于電子元器件選型問題，大家可以去看我的上一篇文章。

下圖是不同封裝優缺點的一個案例，關于封裝涉及到的太多，之后會進行詳細的講解。

不同封裝的使用器件以及優缺點

電子元器件使用可靠性

使用可靠性與電子元器件的使用條件密切相關，由電子元器件的使用方對元器件的選擇、采購、使用設計、靜電防護和篩選等過程的質量控制所決定，使用不好就容易使電子元器件的可靠性大大降低，例如一個電阻的溫度范圍在-20℃-120℃，你將它在使用在溫度150℃的條件下，這個就是沒有考慮到使用可靠性。

電子元器件使用可靠性主要包含以下幾個部分：

1、 在電子元器件的運輸、貯存、保管過程中，應該有良好的包裝，防靜電等措施以保證電子元器件不會受到環境氣侯或不當應力的作用而遭到破壞。

2、在PCB板上安裝電子元器件時，必須采用正確的安裝方式。如果采用方法不當或者操作不慎，容易給器件帶來機械損傷或者熱損傷，從而對電子元器件的可靠性造成危害，這就涉及到引線成形與切斷、安裝 、焊接，這三個步驟都必須采用正確的方式。

焊接圖

3、 電子元器件在不同環境下的可靠性，需要考慮浪涌、噪聲、輻射、靜電、高溫等環境因素的影響。

4、 電子元器件在電路板中可靠性布局，需要考慮電磁兼容、接地、熱設計等因素。

怎么提高電子元器件使用可靠性

1、電路簡化應用原則

在滿足功能、性能指標的情況下，盡可能簡化電路，這樣可以降低失效率，提高電子產品的可靠性。

例如可以選擇集成度高的元器件，這樣可以減少電子元器件之間的連線、接點、封裝數目等。在減少元器件數量的同時，盡量壓縮其品種、規格等，這樣有利于控制質量、減少備件和便于維修，還可以精簡某些冗長的電路設計等。

如下圖所示，簡化前后的邏輯電路圖對比。

簡化前后邏輯圖

2、降額應用原則

電子元器件的失效率與它的工作應力相關，降額使用可以使電子元器件承受的應力低于正常水平，這樣的話可以降低工作失效率，可以延長電子元器件的使用壽命，通常來說降額的主要參數有結溫、電壓和電流，當然這都是要在滿足電子產品性能和規格要求的前提下，并且降額也不可以過度。

下圖是電子元器件降額等級及適用情況。

降額等級及適用情況

電子元器件的降額系數一般可在0.5～0.9之間，按照要求的降額等級來選取。有的元件某些參數的降額系數甚至要取0.4以下甚至更小，繼電器就是一個例子。

例如額定值為1W的電阻，最低降額時要求使用功率小于0.7W。

下圖是二極管反向電壓、電流、功率降額準則，更多的電子元器件降額準則大家可以去參考《GJB/Z 35-93 元器件降額準則》。

二極管降額準則

3、容差設計原則

在電路設計時，應該適當地放寬電子元器件參數允許變化范圍，包括溫度漂移和時間漂移等參數，這樣電子元器件的參數在一定范圍內變化的時候，電子產品依舊能正常的工作。

4、冗余應用原則

在設計電路時，除了通常的工作單元之外，另外增加一個后備單元，這樣即使有一個單元失效，但整個電子產品仍然能正常工作。

5、靈敏度應用原則

　　定量分析并比較電路特性對不同元器件變化的靈敏程度。例如同一個輸出電壓對兩個不同的電阻的元件靈敏度絕對值不相同，但這兩個電阻的相對靈敏度的絕對值是一樣的，因此需要考慮到電路特性對不同電子元器件變化的靈敏程度。

6、最壞情況應用原則

按電路特性向同一方向變化的要求，確定每個元器件的（增、減）變化方向，然后讓這些元器件同時變化并進行電路分析，檢查在這種最壞情況下電路特性的變化，如果最壞情況分析結果都能滿足要求，那么按這種設計生產的電子產品對各種條件變化的適應性都很強，使用可靠性也會很好。

關于電子元器件的可靠性，怎么樣提高電子元器件的使用可靠性？大家有沒有不同的看法？歡迎來評論區留言，大家一起討論。