设计可靠性
图片来源:Shutterstock
可靠性问题
太阳每天都升起。它是可靠的。实际上，它一直在上升，并将继续上升。然而，在足够长的时间内，我们的恒星将会燃烧殆尽。这是天体物理学家告诉我们的。到那时，我们人类和我们的互联网将早已不复存在。与此同时，我们处理坏了的东西，拒绝为我们工作。
关于衰老
时间和热量最终会征服所有电子产品。在许多情况下，热能本身并不是退化的罪魁祸首。在运行温度和静止温度之间循环会使设备老化。以两个标准白炽灯泡为例，每个灯泡的额定使用时间为1200小时。大多数灯泡的寿命会超过这个数字，但与CFL的1万小时或led的惊人可靠性(2.5万小时)相比，它的寿命要短得多。这些数字通过比较如果你喜欢在夜间以最低的持续成本照明室内和室外，这是值得一看的。
与此同时，这两个白炽灯泡将成为思想实验的一部分。作为背景，在利弗莫尔的一个消防站，有一个灯泡在114年前被开关过，在这么长的时间里，它没有被关闭过，也没有坏过，也没有被更换过。灯泡有自己的网站和维基百科页面。据报道，它燃烧的亮度相当于4瓦灯泡，尽管它最初是一个30或60瓦的灯泡。这是退化到无用的水平，但给了寿命的上限。副本是可用的!
我们现在就把两个灯泡打开，开始我们的“光马拉松”实验。一个将保持打开(如果电网正常)，另一个将在一分钟的周期内关闭和打开。第二个只会燃烧50%的时间。我打赌它会在持续燃烧的灯光前失效。我将在2132年重新审视这篇文章，看看哪个持续时间最长。
浴缸曲线
在产品生命周期中，有两个阶段可能会出现缺陷部件。一种是所谓的“婴儿死亡率”，即产品从一开始就注定要失败，不修理就不能工作。另一种情况是，由于经常使用，产品最薄弱的部分已经磨损。在这两个时期之间，有一段时间(希望如此)几乎没有失败。
婴儿死亡的早期检测在工厂进行。在振动台上对机组进行压力测试将揭示机械方面的问题。老化室将是对电子设备的真正考验。除了“摇晃和烘烤”测试之外，加速老化技术还包括盐雾室、微波、部件功率过大和功率不足。基本上，我们是在放大部队在战场上可能遇到的任何事情的影响。让这个单元在它的极限之外运行，先修复坏掉的东西。重复操作，直到满足要求。
图片来源:科技设计论坛
测试的第一部分是从装配线上筛选出任何失败的产品。第二部分是尽可能推迟设备容易出现故障的时间。浴缸在这个时间轴上的长而平的底部是保修适用的地方。这也是平均故障间隔时间(MTBF)度量计算的地方。MTBF是衡量部件可靠性的关键指标。整体的MTBF由单个部件的故障率来定义。如果一件产品的设计寿命不能和产品的其他部分一样长，通常就不在保修范围之内。过滤器和其他日常维护部件都属于这一类。
一些专家的建议:看看保修卡背面的小字。更多的词汇意味着更多的排除。保证工程是可靠性工程的财务方面。游戏看起来不错，但却偏向制作人。否则，他们做错了。
组件降额
如果那个世纪灯泡被评为超常的4瓦灯泡，它的规格仍然是正常的。其他电子元件遵循着类似的，但压缩的时间线，慢慢地变得比开始时更小。作为一名音乐家，我和其他人一样认真地对待听音乐。当我车里的音响拒绝弹出CD时，经销商就用一台同类型的新音响换掉了我的音响。毫无疑问，当我把车从店里开出来的时候，高音是多么清晰。同样的扬声器，同样的设置，但新鲜的电子产品增添了更多的存在感。这是不明显的日常，但每天在阳光下烘烤和敲打我的曲调，每次上下班都对部分付出了代价。
作为一项规则，国防部更喜欢在非常艰苦的条件下长时间工作的设备。无论哪里需要一个25伏的电容器来安全运行，我们使用一个50伏的上限。100%降额，是它必须的两倍，当你有山姆大叔的深口袋时的答案。还需要一种生产方法，其中每个组件都可以追溯到源头。保持记录是必要的，因为如果发现特定部件的特定日期代码不可靠，我们必须有办法在现场或仓库或任何地方找到每一个单独的例子，并使这些单位达到标准。
第三类设计实践
当我们想到高度可靠的印刷电路板时，IPC Class 3标准正在发挥作用。第三类负担的很大一部分是制造商，他们必须在每个PCB面板上为许多优惠券预留空间。这些优惠券上要求的测试清单很长。合格证书是通过PCB检查护手旅行所需的纪念品。有人曾经问过整个互联网关于二班和三班的区别答案吗?很多。
图片来源:美国海岸警卫队
当你在一个舒适的维修实验室时，现场服务是很好的。当你的英雄不得不外出，而天气太恶劣，不能正常划船时，就不那么好了。设备不能成为任务失败的原因。我们在航空航天和类似行业的额外努力不是基于产品价格，而是基于潜在失败的成本。这个物体做了多少它应该做的事?
在决定需要主流解决方案还是高可靠性解决方案时，请考虑这一信息。事后你不能把它洒在上面。利奥兰伯特PCB设计师教育领域的一位专家(大G)这样描述高可靠性的3级PCB工作:
作为一个例子，产品必须从头开始设计，你不能把倍耐力轮胎放在大众汽车上，并期望它是法拉利，这是行不通的。
在我们进入任何戏剧之前，我们很好地对设计中的痛点可能出现在哪里进行了最有根据的猜测。除了眼球测试，我们还有信号完整性(SI)和电源完整性(PI)测试。这些学科与设计齐头并进，帮助我们在布局阶段看到未来。
SI/PI团队可以通过模拟提前发现无意的天线或热点。通过与这些团队的一些努力和合作，我们可以模拟不同的场景并达成合适的权衡。在PCB布局中总是有一些妥协和冒险。您希望以最少的迭代次数获得最佳的折衷方案。
这些模拟周期就像自由板旋转。从PCB带出、报价、DFM、制程、模板、XY编程、材料清单成本加上所有制程、组装、测试、调试和返工时间的角度来考虑布局迭代。你永远无法挽回时间。在竞争中，跳过尽可能多的迭代而最终获得持续时间尽可能长的可靠设计是一种巨大的优势。模拟在整个周期中增加的数小时或数天与反复试验所增加的数周或数月相比是微不足道的。最终的热图显示了一切都在控制之中，这是一个漂亮的壁纸，可以作为工作出色完成的纪念。
可靠性早在垫层结构形成时就开始了，如果操作得当，在114年内都不会结束。进入第一年比较容易。长跑需要自律和大量的深谋远虑，更不用说保持记录了。我们越依赖机器，机器就越依赖我们来完善这个过程。
引用:
https://learn.eartheasy.com/guides/led-light-bulbs-comparison-charts/
http://www.centennialbulb.org/
https://www.guru99.com/reliability-testing.html
http://www.techdesignforums.com/practice/technique/ensuring-the-reliability-of-non-volatile-memory-in-soc-designs/
https://www.ipc.org/4.0_knowledge/4.1_Standards/free/J-STD-003C-Amendment-1.pdf
http://www.circuitnet.com/experts/86649.html
http://www.sixsigmaconcept.com/reliability-engineering.html