電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)是在產(chǎn)品定型過程中，通過電子元器件的可靠性參數(shù)預(yù)計(jì)值，經(jīng)過分析計(jì)算，對產(chǎn)品能達(dá)到的可靠性水平進(jìn)行預(yù)測的過程?？煽啃灶A(yù)計(jì)在于評定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，通過元器件的可靠性參數(shù)選擇與分配，進(jìn)一步制定研制計(jì)劃，并為產(chǎn)品的運(yùn)行、維修、后勤保障方案提供依據(jù)。
　　
　　隨著核電廠儀控設(shè)備國產(chǎn)化工作的開展，國產(chǎn)化儀控設(shè)備逐步應(yīng)用到核電廠中，隨之也帶來這樣一個(gè)問題:如何定量評估這些板件及儀控設(shè)備的可靠性。
　　
　　在核電廠電儀設(shè)備元器件的性能、可靠性要求已明確的情況下，采用應(yīng)力法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)的步驟如下:
　　
　?。?）根據(jù)元器件種類、型號規(guī)格、電應(yīng)力和環(huán)境條件確定各個(gè)元器件的應(yīng)用失效率:
　　
　　λp=λb（πE.πQ.πA.πS2.πC.πR）。
　　
　?。?）按各個(gè)單元的元器件種類和數(shù)量，分別求出應(yīng)用失效率。
　　
　　（3）將各個(gè)單元的可靠性預(yù)計(jì)值代入串聯(lián)模型，求出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性預(yù)計(jì)值。
　　
　?。?）對可靠性預(yù)計(jì)值進(jìn)行分析比較，若能滿足指標(biāo)要求，則產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性預(yù)計(jì)至此結(jié)束;若不能滿足指標(biāo)要求，則要改變選用的元器件，或進(jìn)一步降額，或通過其他提高可靠性的設(shè)計(jì)措施，降低環(huán)境應(yīng)力，以至更改設(shè)計(jì)的可靠性結(jié)構(gòu)等，再重復(fù)上述的預(yù)計(jì)步驟，直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。
　　
　　本文通過對廣東核電廠典型儀控板件的可靠性預(yù)計(jì)與分析，總結(jié)核電廠儀控設(shè)備在進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循的導(dǎo)則，建立儀控設(shè)備國產(chǎn)化過程中的可靠性管理要求和規(guī)則，為我國核工業(yè)電子產(chǎn)品的國產(chǎn)化并進(jìn)入市場提供有效的幫助。
　　
　　一、核電廠儀控設(shè)備電子元器件的基本失效率分析
　　
　　從大亞灣核電廠進(jìn)行K3鑒定試驗(yàn)的儀控板件中選擇了3種板件（FE7C.l2加法器，F(xiàn)E7C2l函數(shù)發(fā)生器及FE7F12閥值繼電器）做示范。表1列出了核電廠儀控系統(tǒng)板件的元器件分類匯總和失效率。
　　
　　除微電路外，大多數(shù)元器件的工作失效率λp。模型都為基本失效率λb與πE、πQ等一系列π系數(shù)連乘的形式。我國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊》（GJB/Z299b—1998）和美國軍用標(biāo)準(zhǔn)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊》（MIL-HDBK-217F）提供了λb與溫度T、電應(yīng)力比S的關(guān)系模型，并以"T-S"表和曲線圖的形式給出了不同應(yīng)力下的λb值，以及有關(guān)的π系數(shù)值應(yīng)預(yù)先分析元器件工作環(huán)境溫度T和電應(yīng)力比（負(fù)荷率）S，以便用"T-S"表或曲線圖查得λb值。根據(jù)設(shè)備工作環(huán)境類別和元器件質(zhì)量等級等，查出相應(yīng)的π系數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算元器件λp。
　　
　　半導(dǎo)體集成電路的基本失效率與電路的復(fù)雜程度有關(guān)，電路中含晶體管數(shù)量越多，失效率越高，且取決于集成電路的復(fù)雜度失效率系數(shù)。　　
　　二、核電廠儀控設(shè)備的電子元器件質(zhì)量等級的確定
　　
　　元器件的質(zhì)量直接影響其失效率。不同質(zhì)量等級對元器件失效率的影響程度以質(zhì)量系數(shù)πQ來表示，因此它的正確選取非常關(guān)鍵。由于不同的元器件在生產(chǎn)過程中，質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)不同，因而質(zhì)量等級也不同。
　　
　　為保證核電廠的安全運(yùn)行，核電廠儀控設(shè)備的元器件必須有較高的質(zhì)量等級，一般要求為*。表2列出了元件的質(zhì)量等級和質(zhì)量系數(shù)。
　　
　　在使用質(zhì)量等級表時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn):　　
　?。?）對已列入《軍用電子元器件質(zhì)量認(rèn)證合格產(chǎn)品目錄》的產(chǎn)品，若累積質(zhì)量維持試驗(yàn)結(jié)果，表明其可靠性水平比鑒定試驗(yàn)時(shí)提高了一個(gè)數(shù)量級，則其π值可在原來的質(zhì)量等級中適當(dāng)減小。
　　
　?。?）按電子產(chǎn)品質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)后被評定為優(yōu)等品的國標(biāo)產(chǎn)品，其πQ一般可減至原πQ值的1/2。
　　
　　（3）經(jīng)嚴(yán)格質(zhì)量控制程序與用戶針對性的二次篩選及篩選淘汰率控制的產(chǎn)品，可在原來的質(zhì)量等級中適當(dāng)減小πQ。
　　
　?。?）低檔產(chǎn)品是指沒有*執(zhí)行一定的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，或無明確的質(zhì)量控制要求，或采用有機(jī)材料封裝的產(chǎn)品。
　　
　　三、國產(chǎn)核電廠儀控設(shè)備板件的可靠性預(yù)計(jì)
　　
　　3.1儀控電子設(shè)備板件的可靠性預(yù)計(jì)程序
　　
　　為了描述核電廠儀控設(shè)備的可靠性預(yù)計(jì)過程，現(xiàn)以其中重要的正電源單元電路為例，敘述有關(guān)板件的可靠性預(yù)計(jì)程序的技術(shù)要求，并得到正電源電路的可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果。
　　
　　以正電源電路為例說明儀控電子設(shè)備板件的可靠性預(yù)計(jì)程序?yàn)?
　　
　　1）將各個(gè)板件，按照其功能的相對獨(dú)立性劃分為若干單元，并進(jìn)行統(tǒng)一編號;
　　
　　2）分別給出每個(gè)單元的電路圖和元器件清單，清單中注明元件的類型、質(zhì)量等級、封裝形式、降額因子等影響其失效率的信息;
　　
　　3）根據(jù)清單提供的信息，使用相應(yīng)的手冊查得每個(gè)元件應(yīng)用失效率公式中的各個(gè)參數(shù)，然后計(jì)算出元件的應(yīng)用失效率;
　　
　　4）將單元中的所有元件的失效率疊加，即可得到相應(yīng)單元的總失效率;
　　
　　5）對板件中所有單元的失效率求和，即可得到板件的總失效率;
　　
　　6）應(yīng)用板件的總失效率，利用指數(shù)失效模型，求取其他的可靠性指標(biāo)，完成板件可靠性的預(yù)計(jì)過程。
　　
　　功能單元舉例:正電源電路見圖1，正電源電路元器件清單見表3。正電源電路應(yīng)力法可靠性預(yù)計(jì)的結(jié)果見表4。　　
　　正電源單元的失效率
　　
　　下面就2個(gè)元器件為例，給出直觀的說明：　　
　?。?）圖1中電容器C14是國產(chǎn)器件，失效率查國軍標(biāo)《GJB/Z299B-1998》。
　　
　　ECRG-100V-1μ-J電容器屬于紙和薄膜電容器，其各參數(shù)確定如下：
　　
　　1）基本失效率λb:由于器件的工作環(huán)境溫度為25℃，《GJB/Z299B—1998》中只有額定溫度為65℃、85℃、100℃基本失效率表5.1.6.1-8（《GJB/Z299B—1998》中的表號，下同），得λb=0.01700×10-6/h;
　　
　　2）環(huán)境系數(shù)πE；該電容的工作環(huán)境為良好地面，故由表5.1.6-1，查得πE=1.00000；
　　
　　3）質(zhì)量系數(shù)πQ：該電容的質(zhì)量等級為“七專”，由表5.1.6.1-2，得πQ=0.50000；
　　
　　4）電容量系數(shù)πcv:該電容器的電容量為1μF，由表5.1.6.1-3，得πcv=1.90000;
　　
　　5）種類系數(shù)πk：該電容屬于聚丙烯電容，由表5.1.6.1-4，得πk=1.00000；
　　
　　計(jì)算得λp=λππEπQπcvπk=0.3230×10-6/h。
　　
　?。?）圖1中二極管D21N4005為美國產(chǎn)品，則由美標(biāo)《MIL-HDBK-217F》，根據(jù)其中所列的表格，分別得到：
　　
　　1）基本失效率λπ=0.00380（通用二極管）；
　　
　　2）溫度系數(shù)πT=32.00000（節(jié)溫為175℃）；
　　
　　3）電應(yīng)力系數(shù)πs=0.05400；
　　
　　4）質(zhì)量系數(shù)πQ=2.40000；
　　
　　5）環(huán)境系數(shù)πE=1.00000；
　　
　　6）結(jié)構(gòu)系數(shù)πC=1.00000；
　　
　　計(jì)算得：λP=λbπQπEπTπSπS=0.01576×10-6/h。
　　
　　3.2國產(chǎn)K3板件的可靠性框圖與板件失效率預(yù)計(jì)結(jié)果比較
　　
　　3種板件的可靠性框圖如下所示：
　　
　　FE7C12加法器由9個(gè)功能電路組成：①正電源電路：②負(fù)電源電路；③校準(zhǔn)電路；④輸入電路1；⑤輸入電路2；⑥輸入電路3；⑦輸出電路；⑧偏置電路；⑧擴(kuò)展輸入電路。
　　
　?。?）FE7C21函數(shù)發(fā)生器由10個(gè)功能電路組成：①正電源電路；②負(fù)電源電路；③輸入電路；④改變點(diǎn)1；⑤改變點(diǎn)2；⑥改變點(diǎn)3；⑦改變點(diǎn)4；⑧改變點(diǎn)5；⑨輸出加法器；⑩電壓電流變換電路。
　　
　　（3）FE7F12閥值繼電器由3個(gè)功能電路組成：①電源電路：②遲滯比較器電路1；③遲滯比較器電路2。
　　
　　國產(chǎn)K3析件失效率預(yù)計(jì)結(jié)果見表5。　　
　　四、可靠性參數(shù)
　　
　　通過應(yīng)力分析法，對3種板件完成了可靠性預(yù)計(jì)。利用串統(tǒng)模型預(yù)計(jì)得到了板件的失效率、平均壽命（MTTF）、年可靠度等可靠性參數(shù)。其結(jié)果見表6。
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　可靠性預(yù)計(jì)過程是對電子設(shè)備從設(shè)計(jì)、元件采購、使用方面進(jìn)行綜合的分析過程。它的重要價(jià)值在于提供了儀控設(shè)備板件可靠性的相對度量，可作為設(shè)計(jì)決策的依據(jù)。通過預(yù)計(jì)能夠找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，例如正電源電路單元的失效率為0.2465206×10-6/h,占整個(gè)板件失效率的24%,其主要原因在于二極管環(huán)節(jié)比較薄弱,πT（溫度系數(shù)）較大,因而導(dǎo)致可靠性偏低;通過可靠性預(yù)計(jì)的結(jié)果,在板件生產(chǎn)過程中,采用結(jié)溫系數(shù)較小的型號,則可提高板件整體的可靠性指標(biāo)。
　　
　　可見，可靠性預(yù)計(jì)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以至于元件的采購提出了指導(dǎo)性意見，有助于全面提高設(shè)備的可靠性水平。因而可靠性預(yù)計(jì)對開發(fā)新產(chǎn)品及設(shè)備國產(chǎn)化是*的。
　　
　　可靠性預(yù)計(jì)工作中，足夠的數(shù)據(jù)來源是非常關(guān)鍵的。通過建立可靠性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對國產(chǎn)化板優(yōu)缺點(diǎn)的試驗(yàn)及運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、收集，為核電廠電子設(shè)備新產(chǎn)品開發(fā)中的可靠性分析提供準(zhǔn)確、充分的數(shù)據(jù)，以提升國產(chǎn)電子設(shè)備的可靠性水平。