课程特色

让可靠性可计算：从客户要求直接算出MTBF、B10寿命等设计目标，并能在设计阶段就预估产品的理论寿命，而不是靠拍脑袋。

用失败换来的规则：每种元器件（电容、电阻、MOS管、IC等）都总结了明确的“什么不能用、什么会选错”清单，全部来自真实的烧毁、丢包、工作不稳定案例。

看透失效的本质：不只是表面现象，而是用显微、X射线等手段深入到ESD击穿、CAF生长等物理化学层面，从根源上杜绝问题复发。

扫除隐性定时炸弹：关注潜在通路、热设计、冗余储备等系统级陷阱，识别那些正常逻辑分析发现不了、只在特定时序下才触发的电路缺陷。

解决测不起的难题：针对样品少、时间紧的现实，给出加速试验和多种约束条件下的认证方案，让可靠性不再无法验证。

第一部分 电路可靠性设计的理念与参数

第一章 产品可靠性是如何炼成的

一、某企业可靠性战略图  

二、某企业全面可靠性战略图

三、可靠性设计包括那些那些工作？  

四、某制造企业的可靠性战略图

五、可靠性测试的战略图

第二章 可靠性的基本概念与参数

一、概念：

1.标准的可靠性定义 2.图解 

二、可靠性参数：

1. MTBF 2.MTTF  3.可靠度R (t) 4.平均维修间隔时间—MTTR  5.故障率(失效率）λ(t)6.有效度  7.可靠寿命  8.B10

三、电路常用的寿命分布模型

1. 指数分布  

a)不可靠度 b)可靠度  c)故障率。

2. 正态与对数正态分布

A.不可靠度B.可靠度C.故障率 D.案例 电池充放电寿命的计算

3. 威布尔分布

A.不可靠度 B.三个参数    C.故障率  D.威布尔分布特点  

4. 扩展思考：

元器件试验中、电路板试验寿命试验中替换与不替换的原因。威布尔分布的失效率与时间的关系等等。

第三章 实用的可靠性计算方法

一、如何快速计算电路的MTBF（点估计值）

1．点估计【案例】   

2．无失效时MTBF的计算【案例】

二、如何在设计阶段预计电路的MTBF

1案例元器件恒定失效率预计      

2案例：恒定状态失效率预计

三、客户要求指标与MTBF之间如何转换？

案例1 要求累积故障率的情况  

案例2 要求年维修率的指标分析

五、什么是B10寿命、BX寿命？如何计算电路的B10寿命？

四、产品返修率与可靠性的关系【案例】

六、一定时间交付后，返修产品比例预测

第四章 电路的可靠性目标（指标）

一、电路常用的可靠性指标

1.单个的失效率指标

2.单个MTBF指标 

3.单个的可靠度指标

4.单个的成功率指标

二、有置信度要求的可靠性指标

1、常用产品可靠性的要求（置信度、寿命、可靠度）；

2、医疗器械可靠性指标要求（置信度、可靠度、寿命）；

3、国军标的可靠性认证（置信度、MTBF）

三、讨论我们产品的可靠性指标

第二部分 电路设计中元器件的选用与避坑

第五章 电容器的选型、可靠应用与主要及故障预防

一、电容器的等效电路与主要参数影响

1.等效电路  2.ESR   3.ESL   

2.案例：LD0电源应用中滤波电容的ESR问题

二、瓷介电容器的预防措施或注意事项

(一)避免采用陶瓷电容的场合

(二)应用预防案例

1．【案例】陶瓷电容选型错误导致单板丢数据包，

2．不同类型电容的容值温度曲线

3．最大允许数据帧比特位的计算。

4．不同封装电容器的应用

5．【案例】高速电路中电容问题导致CPU工作不稳定

6．陶瓷电容ESR选错案例

三、钽电解电容器的预防措施或注意事项

(一)钽电解电容的主要失效模式   

(二)避免采用钽电解电容器的场合

(三)钽电容及其应用要点         

(四)应用预防案例

1.案例慎重选择电容器耐压      

2.纹波电压的选择

3.案例  注意使用频率的选择   

4.铝电容的ESR的正确理解

5.案例片式钽电容器烧毁

四、铝电解电容及其应用要点

(一)铝电解电容的主要失效模式

(二)避免采用铝电解电容器的场合

(三)铝电解电容及其应用要点

1.案例大电容组装的注意事项

2.案例低温下硬盘停止工作

3.案例带电插拔子板致电容损坏

五、电容器设计选用避坑规则

瓷介电容、MLCC、铝电解、钽电解

第六章 电阻器的选型、可靠应用及故障预防

一、电阻器的主要失效模式      

二、电阻器的应用要点

三、电阻器可靠应用与故障模式预防案例

1.【案例】串联电阻过大

2.【案例】电阻额定功率不足

3.【案例】电阻在时序设计中的妙用

四、电阻器设计中选用避坑规则

膜电阻、线绕电阻、功率电阻

第七章 电感、磁珠的可靠应用及故障预防

一、电感、磁珠应用中的主要失效模式    

二、电感、磁珠的应用特点

三、电感的应用案例

1.案例输出电源电压纹波超标，

2.案例大电流通路电压衰减，

3.案例过流保护电路失效

四、磁珠与电感的选用避坑规则  

磁珠、电感               

第八章 半导体器件的可靠应用及故障预防

一、主要失效模式与原因     

1.失效原因，2.器件本身的缺陷，3.使用不当导致失效

二、使用中的故障模式预防措施

1.案例注意半导体器件的结温

2.案例注意功率器件热结构缺陷

3.案例注意在潮湿环境下储存的器件

4.案例关注器件的瞬态工作参数

5.案例某整机使用过程中二极管、三极管失效  

6.案例 MOSFET电源中电阻发热严重

7.案例 MOSFET同时导通导致器件损坏

三、半导体分立器件的正确选用   

四、半导体分立器件设计、替换避坑规则

1.二极管

2.三极管

3.稳压管

4.ESD与TVS

5.MOS管

6.SiC

第九章 集成电路常见失效模式及预防对策

一、失效模式与失效机理

1.FA案例－静电放电引起失效     

2.FA案例－电路中电压瞬变引起失效

3.FA案例--水汽和卤离子引起失效

二、逻辑集成电路应用概要

1.FA 案例--逻辑器件驱动能力过强

2.FA案例--逻辑器件差异造成配置错误

三、集成电路的设计避坑规则

1.输入电容、反馈网络、采样点；

2.量产EMI超标、输出电容、电容耐压

3.复位引脚的保护、晶振电路、VBAT引脚；

4.USB接口、外设电源切换、MCU布局、I2C总线挂设备。

5.MCU/MPU/SOC的替代避坑

四、防静电      

1.案例 MOS场效应晶体管——静电击穿  

2.案例 3DG142 现象

3.预防 ESD 损伤的措施 

4.ESD诊断示例

5.电路设计的ESD保护

1)电容保护，2)电阻-电容保护，3) TVS，4)布线时TVS的位置

五、案例  某电路失效的根因分析

第十章 继电器、开关可靠应用及故障预防

一、继电器的主要失效模式及其分布

1.案例继电器—触点电腐蚀  

2.继电器的选用注意事项

二、继电器的误用预防或警告

第十一章 印刷电路板及其组件可靠性问题及其预防案例

一、PCB设计中的ESD防护

（一）防护器件

1)TVS管，案例 TVS管布放位置不合理导致静电放电测试失败，2)压敏电阻 ，3)气体放电管

（二）防护设计要点

案例 GND和HV GND混用

二、PCB设计与结构、易用性

案例1网口指示灯排列顺序出错 

案例2网口连接器堆叠方式

三、印刷电路板及印刷电路板组件的失效机理与案例分析

(一)失效机理   

(二)阳极导电丝( CAF)生长机理与案例

1.LED灯常亮，2.电池保护板烧蚀。

第三部分 电路系统设计

第十二章 潜在通路分析

一、潜在通路设计标准

二、潜在通路原理与分析流程    

1.潜在通路来源，2.潜在通路分析方法

三、防潜在通路设计避坑规则与案例

规则一：多电源多地的配电电路 

规则二：多负载电源的接通

规则三：开关标记 

规则四：数字信号分开后再合成引起的潜在定时。

规则五：小心H型电路

【案例】汽车电控电路

规则六：小心大线圈与大电容

【案例】起重操控台电路的潜在通路

规则七：注意时间

【案例】潜在时间

【案例】测量设备天线控制电路

规则八：潜在标志

四、潜在通路的设计评审要点

第十三章 储备设计

一.储备的含义和方式

二.储备健壮设计和方式(续）

三.各种贮备方式对可靠性的提高：

1.并联贮备，2.表决贮备，3.串、并组合贮备。

【案例】某城市地铁电源系统的储备设计

第十四章 电路设计中的热设计

一、热对可靠性影响计算与案例解析

二、元器件连续工作和断续工作，对寿命的影响

三、热设计的原则

1.热设计中元器件布局案例（3案例）

2.热设计中元器件的安装原则（3案例）

3.鼓风机的选择与安装（2案例）    

4.冷却剂流道设计（3案例）

四、改善热设计的方法及示例

1.改进现有热设计的方法  

2.成功改进的例子  

案例1 密封电子设备 

案例2 机载电子设备

第四部分 电路设计失效分析技术

第十五章 电路故障模式影响与危害性分析（FMEA简介）

一、FMEA簡介

[1]FMEA定义

[2]FMEA的真正意义是什么（案例）？

二、FMEA的概念、历史、分类和要义

（一）FMEA的概念和历史

（二）FMEA的核心思想

（三）行业应用情况

（四）FMEA种类

（五）FMEA的局限性

三、以美军标、国军标为基础的FMEA简介

四、以AIAG&VDA为基础的FMEA方法（新版七步法）

（一）RPN FMEA方法概述

1、概述

2、严重度(S)评价准则

3、检测度评价准则

4、发生度评价准则

5、RPN

6、案例

（二）新版FMEA实施步骤

第一步策划与准备

第二步结构分析

第三步功能分析

第四步失效分析

第五步风险分析

第六步优化

第七步结果文件化

（三）案例

第十六章 失效分析的方法与设备

一、解剖制样技术

二、显微形貌分析技术

1光学显微观察及光学显微镜

2扫描电子显微镜

3透射电子显微镜

三、X射线显微透视技术

四、扫描声学显微技术

五、物理性能探测技术

第十七章 失效模式分析案例

一、集成电路与半导体分立器件案例

1.芯片缺陷

2.键合缺陷

3.多余物

4.密封缺陷

5.水汽含量及有害气氛

6.不恰当装配工艺和应用中芯片的失效案例

二、其他重要元器件案例

1.MLCC

2.电阻器

3.电感器

4.继电器

第五部分 电路可靠性目标的试验验证

第十八章 常用的加速寿命试验

一、不同加速模型与因子概述；

二、温度加速模型；

三、电应力加速模型；

四、高温高湿模型；

五、温度循环模型；

六、应用示例

第十九章 可靠性试验与认证试验设计示例

一、MTBF的认证试验

二、可靠度与包修期

案例1. 样品应力正常时

案例2.试验设计，不是0失效怎么办？

案例3.正常测试 

案例4.试验条件有限时测试 

案例5.样品不足的情况 

案例6.样品不足加大时间的情况 

案例7.用加速试验

案例8.实验结果当出现失效时怎么办？

第二十章 总结-电路可靠性设计的实施流程

张老师

系统可靠性专家

西安理工大学特聘教授

张老师是京沪渝市场监管系统质量可靠性专家，教育部职业教育指导委员会电子信息委员，曾任国务院省级政府质量考核专家、中国电子学会第八届理事会理事；中国轨道交通网安全理事会理事；中国质量协会可靠性促进委员会专家委员；广东省信息技术标准化技术委员（GD/TC28）会秘书长；《环境试验》《电子产品可靠性与环境试验》编委；具有中国质量工程师培训执教资格。

      张老师出版《电子产品可靠性预计》、《以可靠性为中心的质量设计、分析和控制》，《可靠性设计》等专著。发表学术论文20篇。获得部级二、三等奖各一次，航空科技进步三等奖一项，获发明专利2项。在国内首次提出质量可靠性整体解决技术方法，并在400家企业推广应用。      张老师主要从事产品可靠快试验和可靠性技术研究。负责了五个国家重点工程的部件优选工作，开展可靠性预计、可靠性设计、可靠性分析等研究工作。主持了GJB/Z299《电子设备可靠性预计手册》关键技术研究，并相继发布了B、C版。负责GB/T7826《故障模式、影响及危害性分析》和GB/T7829《故障树分析（FTA）》等标准制定。      张老师编写了《可靠性建模与分配》、《可靠性预计技术》、《可靠性设计技术》等系列培训讲义，曾为地铁2号线电源系统、三一重机、重庆电网、沈阳医疗设备等公司完成可靠性、维修性设计建议书；为中电科技集团有关单位、康佳、TCL、美的等500+家单位的技术人员进行了公开或内部的可靠性设计、可靠性预计、3F方法、元器件优选等方面的技术培训或讲座。