原创 电路可靠性设计与元器件选型（1）

最近稍稍有点忙，各处跑来跑去，考察了一些企业的产品技术情况，比较普遍的一个现象是：研发人员无一例外的同声谴责采购和工艺部门，对元器件控制不严，致使电路板入检合格率低、到客户现场后频频出毛病。并举出了诸多文献实例和专家发言来佐证自己的论断，并希望我也能随声附和几句，可以借此给相关物料和制造部门施加一点压力，但最后我让他们失望了。

我给下的结论无一例外都是怪到了研发的头上。并送给了研发弟兄们几个总结性观点：①在公司里，研发队伍已经足够强势，不必再由我添加压垮骆驼的那最后一根稻草；②产品的可靠性水平和研发的强势程度成反比；③电路设计错误和器件应用不当占了故障的八成因素。

举几个简单例子：

一个电解电容紧挨着散热片焊接的，与电解电容相关联的那部分电路参数容易漂，现象和结果就是机器参数不稳；绿色发光二极管的色调不一致，外观看起来不美观，发光管都有个波长的要求，即使都是绿光，波长的细微差别也会导致色差，而设计文件上并没对发光管的波长做出规定。

某块电路工作不好，发现将PCB板信号线的一个电感换成磁珠就好了，于是就改了BOM 单，电路板上趴着个磁珠大肆生产了。常规理解看来，磁珠似乎和电感的特性是相同的，但事实上磁珠表现的是一个随频率变化的电阻特性，是消耗性的，而电感是储能特性，是储存性的削峰填谷。即使从实际结果来看，似乎更换器件后没问题，但其实并没有搞通真正的器件机理。病虽然莫名其妙的好了，但病毒的隐患仍在。 “宜将剩勇追穷寇，不可沽名学霸王”，毛主席教导我们，做电路要对电路和器件穷根究底。

还有很多类似的问题，比如散热，似乎热设计只和机箱内温度有关，却忽视了一个致命的问题，温度系数，即使温度不够高到烫手的地步，温度的升高是否会导致温漂，温漂后的参数值是否会将器件的特征参数推到电路正常工作的边缘？

比如降额，几乎所有工程师都说“我们降额了，基本降了50%，余量是足够的，这个问题肯定没有”。那么降额时，所有该降额的参数都降到了安全范围吗？同一类功能的器件，换了不同封装形式或生产工艺的时候，一样的降额系数能降出一样的效果来吗？在特定位置、特定电路下的器件，明确哪个特定参数该降的更大一点吗？

还有电磁兼容、振动、可维修性、测试等等多方面的问题，知己知彼，百战不殆，在实际的考察中，发现既不知己、也不知彼的设计太多，不知己是不知道自己不知道什么，不知彼是不知道设计所面对的对象的诸多参数、条件、工艺、特性，而恰恰是由此引出了太多的技术问题。

“不知年之所加，气之盛衰，虚实之所起，不可以为工”，中医上要求，不了解患者的年、气、虚实，就不可以开药下方，中医做到了，他们不敢，他们的错误会导致人命，而我们为什么不了解电路和器件的情况下就可以做设计呢，难道仅仅是因为我们的错误不会死人？

于是，针对这个现象，专门开发了《电路可靠性设计与元器件选型》这门培训课程，为一线的产品开发工程师、质量工程师、技术管理者、测试工程师等提供针对性的思维方法和具体的知识技巧。

那么，这些思维方法和知识和我们的实际工作到底有何关联呢？下面听我一一道来。

1、电子可靠性设计原则

电子可靠性的设计原则包括：RAMS定义与评价指标、电子设备可靠性模型、系统失效率的影响要素、电子产品可靠性指标、工作环境条件的确定、系统设计与微观设计、过程审查与测试、设计规范与技术标准。

有人说了，设计原则就是绝对正确的废话，谁都会说，谁都不会用。通俗的翻译出来就是设计原则很难和实际设计建立直接的影响和联系。

这一段主要是方法.论，关于技术的方法.论，钱学森老人的伟大众所周知吧？但他的水平和优势是什么？电子、机械、软件、测试、管理？都不是，是系统方法.论和工程计算。当我们要决策一个电路的器件选型的时候，如果有一个基本公式，直接告诉了我们应该重视哪个指标，器件选型和电路设计还是一件难事吗？

举个例子，一个插座电缆，上面要通过10A的电流，是用2根8A的导线并联分流好呢？还是用一根14A的电缆好呢？通过可靠性模型可以轻松得到答案。

驱动一个发光管，是用三极管好呢，还是用运放好呢？

前段时间去青岛，参观了青啤的啤酒博物馆，看到了一个世纪前，德国的电机和日本的风扇，世纪后的今天仍然能正常工作，令人艳羡不已。系统失效率的影响要素可以告诉您这个结果的答案，放在今天，德国、日本和我们一样，也造不出耐一个世纪的电机和风扇。

电子可靠性要想提升，应该从哪些具体问题点下手呢？

这些都是系统方法.论和工程计算可以帮助解决的问题，钱老走了，他的智慧和思维需要有人继续传承下去，我能做的是传播钱老的思想，希望有更多的人参与进来，更广泛的理解和应用。

2、电路可靠性设计规范

电路可靠性设计规范包括降额设计（降额参数和降额因子）、热设计（热设计计算、热设计测试、热器件选型）、电路安全性设计规范、EMC设计、PCB设计（布局布线、接地、阻抗匹配、加工工艺）、可用性设计（可用性要素、用户操作分析、设计准则）、可维修性设计（可维修性等级、评估内容、设计方法）

电路可靠性设计规范的一个核心思想是监控过程，而不是监控结果，举个最通俗的比方是，设计规范是怀孕过程的维护，保证优生。这些都是各前人多年经验的总结，按照这些具体的设计方法去做了，产品的可靠性隐患就会被排除了。

比如热设计，按照热功率密度、热流密度的计算确定下来的散热方法，您就不必担心散热不够了；按照热阻和结温的计算方法，选定了风扇和散热片，只要有足够的余量，也不必担心自己是“盲人骑瞎马，夜半临深池”了。

PCB的接地，这个似乎最简单又最复杂的问题，到底有没有一种放之四海而皆准的接地思路，让我们只有欢喜不再忧呢，答案是“有”。

可用性好像对我们没太大影响，就好像我们去面试一样，影响我们面试成败的似乎是学历证书、工作经验等，但门牙上的韭菜叶子，会不会导致失败？按键的色彩、大小、按下去的手感和力度、键的形状、键的布局，显示的内容、显示的方法、显示的角度、显示的大小，跟门牙的干净程度有何区别？对于用户，有一个最通俗的说法：“界面即系统”。用户不晓得那么高深的理论和内部构造，内部的东西只要保证好用，剩下的就是外观的美妙了。尤其是新用户，外观更是决定购买与否的第一要素。大学里追女生，都是首选好看的吧？

可维修性可就直接决定了金钱的花费，可维修性分三.级，现场级、办事处级、总部级，不同的级别，维修工具的价值、配套工具的多少、维修人员的水平、维修人员的人数、配件的充裕程度都是不一样的，试想一下，定义为“现场级”的维修等级，却有一个需要3个人才可以搬动下来的盖子，维修人员几人一组搭伴出差？定义为“办事处级”，却需要配备频谱仪、逻辑分析仪、示波器等高档仪器才可以维修，维修工具的成本将为几何？更遑论需要配套的诸多设施如水、电、气、其他设备了。

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