可靠度設計系列連載 -- 第四回: 容差與穩健設計

n 在產品的壽命期內,元器件的參數會變化和電路性能指標會漂移,是由於:
l 製造應力釋放
l 元器件的老化、疲勞
l 環境溫度的變化等,
n 如果這種變化和漂移超出了
l 規定的範圍,就會導致產品
l 性能的惡化、甚至失效。
n 短期穩定性是指,在產品執行任務期間,由外部環境變化引起的參數漂移不超出規定的範圍。最常見的參數漂移,莫過於由溫度變化引起的“溫漂”了。這種參數漂移是隨環境而變的、是隨機的,直接影響產品的精度和性能,又稱為產品的“性能穩定性”。
n 隨環境而變的參數漂移,主要靠設計手段來解決。
l 首先,要選用對環境變化不太敏感的、性能更加穩定的元器件;
l 再者,要優化電路的設計、採取回饋和補償措施來抑制元器件的參數變化。
n 長期穩定性是指,在產品庫存期間,由製造應力的釋放和元器件的老化引起的參數漂移不超出規定的範圍。這種參數漂移是單方向的、有規律的,而且其變化速度是極其緩慢的。
n 為了檢測產品的長期穩定性,每隔一段時間對產品進行一次檢測,然後對比、分析其參數的變化情況。因此,又稱“長期穩定性”為“逐次啟動的重複性”。根據“相鄰兩次檢測”之間的“間隔時間”的長短,又分為“逐日啟動重複性”、“逐月啟動重複性”、“逐年啟動重複性”等。對應的參數變化情況,稱為“逐日漂移”、“逐月漂移”、“逐年漂移”等。
n 長期穩定性是一個“統計值”,為了提高統計的精度,檢測次數不能太少、相鄰兩次檢測的時間間隔要相等、檢測環境要相同。
n 由製造應力引起的參數漂移主要靠工藝手段來解決。通過環境應力篩選(ESS)和邊界條件的拉偏試驗,不但能剔除潛在的早期失效元器件,而且還能釋放出各種製造應力,使產品的性能更加穩定。
n 對於穩定性要求特別高的產品來說,除了以上的措施外,還應增加專門的“時效工藝”,以最大限度地釋放“殘存應力”。
n 以上的工藝措施應作為技術要求寫入產品的設計檔中,或編入該產品的“準則”中。
n 在進行非電產品可靠性設計過程中,應該運用穩健性設計方法,減少產品品質特性波動、提高產品抗干擾能力。採用正交表安排試驗方案,通過對各種試驗方案的統計分析,找出抗干擾能力強、調整性好、性能穩定、可靠的設計方案。
請參考穩健設計課程 (Robust Design)
http://www.musigmagroup.com/tw/showser-264.html