二.可靠性試驗的特點和分類
电子设备的可靠性指标是一些综合性、统计性的指标，与质 量性能指标完全不同，不可能用仪表、仪器或其它手段得到 结果，而是要通过试验，从试验的过程中取得必要的数据， 然后通过数据分析，处理才能得到可靠性指标的统计量。可 靠性指标的实现主要依靠现场试验或模拟现场条件试验，一 般说电子设备的可靠性试验可以分为研制阶段的试验，可靠 性验收试验，可靠性增长试验，元器件老炼试验，极限试验， 负荷及过负荷试验，过载能力试验等，这类试验的目的是了 解设计是否满足了可靠性指标的要求，找出或排除设计与制 造过程中的缺限和不足，证明设计可靠性能否实现.
2. 阿氏模型的加速因子 2.1 阿氏模型起源於瑞典物理化學家Svandte Arrhenius 1887 年提出的阿氏反應方程式.
R:反應速度 speed of reaction A:溫度常數 a unknown non-thermal constant EA:活化能 activation energy (eV) K:Boltzmann常數,等於8.623*10-5 eV/0K. T:為絕對溫度(Kelvin)
注:對各類電子零部件其Ev值可按上述參考值進行計算
五. MTBF推算方法
1. 由MTBF定義可知,规定产品在总的使用阶段累计工作 时间与故障次数的比值为MTBF, 指數(Exponential)分布 是可靠度統計分析中使用最普遍的機率分布.指數分布 之MTBF數值為失效率λ的倒數,故一旦知道λ值,即可
1.9 反乘冪法則(Inverse Power Law)適用於金屬和非金屬材 料,如軸承和電子裝備等. 1.10 復合模式(Combination Model)適用於同時考慮溫度 與電壓作為環境應力的電子材料(如電容如下式為電 解電容器壽命計算公式)
1.11 一般情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和資訊類成品也可適用阿氏模型,原因是成品類的失 效模式是由大部分主動式電子零件所構成.因此,阿氏 模型廣泛應用於電子,資訊行業.
6. AFpower:加速系數 即在機臺進行開關運行過程中,1小時時間和一個Cycle的 ON和OFF時間之和的比值,如: 機臺選擇25min ON/5min OFF則Afpower值為:
AFpower=60min/(25+5)min=2
7. AF:加速因子,產品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應
即在機臺進行開關運行過程中,運行時間占總時間的百
分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為:
45min/(45min+15min)=0.75
4. Sample size:樣本數 根據實際狀況確認的作壽命試驗的機臺數 5. MTBFSpec:平均无故障时间
規格書上訂明的機臺MTBF時間數
計算方法:以温度为加速寿命试验且采用阿氏加速寿命模式 (Arrhenius Model)
計算公式:(實際使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便計算時數) Duration =[(MTBFspec/2)* GEMfactor]/(DC*Sample size*Afpowr*AF)
Duration:持續測試時間 MTBFspec:平均无故障时间 GEMfactor: General Exponential Model綜合指數 DC: Duty cycle占空比 Sample size:樣本數 Afpower:加速系數 AF:加速因子
对于不同的电子设备，所要达到 的目的不同，可以进行的可靠性 试验形式也就各异.
因此可靠性试验对于电子设备来 说是一个系统工程，温度、振动、 冲击及高温寿命、加速寿命等试 验在实际应用中较为广泛。
三.MTBF術語
MTBF:即平均无故障时间 英文全称:Mean Time Between Failure 定義:衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标,单 位为“小时”.它反映了产品的时间质量,是体现产品 在 规定时间内保持功能的一种能力.具体来说,是指相邻 两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间 隔,它仅适用于可维修产品,同时也规定产品在总的使 用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF ,磁
MTBF upper =
1+ f 2 c ( 2r , ) 2
Φ =Confidence interval
注: If there are no failures then:(如果未有不良發生)
MTBFlower = T/-ln(Confidence Interval)
六.DMTBF計算
DMTBF:平均无故障时间验证 英文全稱:Demonstration Mean time Between failures
盘阵列产品一般MTBF不能低于50000小时。
四. MTBF測試原理
1.加速壽命試驗 (Accelerated Life Testing) 1.1 執行壽命試驗的目的在於評估產品在既定環境下之使用 壽命. 1.2 常規試驗耗時較久,且需投入大量的金錢,而產品可靠度 資訊又不能及時獲得並加以改善. 1.3 可在實驗室裡以加速壽命試驗的方法,在可接受的試驗時 間裡評估產品的使用壽命. 1.4 是在物理與時間上,加速產品的劣化肇因,以較短的時間 試驗來推定產品在正常使用狀態的壽命或失效率.但基本 條件是不能破壞原有設計特性.
力條件下(Laccelerated)的壽命的比值(見2.2所述)
七.進行可靠性試驗時時間和取樣數的變異技巧
在進行機種可靠性驗證計劃時,如算得的實驗時數過長,可 以以增加驗證機臺數量按比例來減少壽命測試的時間的 修正方法,如: 在進行可靠性計劃時如果算得的1個單位的機臺其壽命測
試時間為1280Hrs,則可以增加實驗機臺數,如使用10個單
位的機臺進行測試,而1個單位的總測試時間可平均分配 至10個單位的機臺上,即1280Hrs/10=128Hrs或7 Days
八.實例
1.根據客訴/退不良計算量產機種MTBF:
70899*435*24
Total Hours/Total Failures
2.根據spec MTBF計算可靠性驗證時數和取樣數(EA值參考14頁)
MTBF&產品可靠度驗證
編寫: 王維兵 Date:2010-07-27
一.可靠度的基本概念
随着电子技术的发展,对电子设备也 提出了更高的要求,由于设备技术性 能和结构要求等方面的提高,可靠性 问题愈显突出,如果没有可靠性保证, 高性能指标是没有任何意义的. 现代用户买产品就是买可靠性, 对生产厂家来说,可靠性就是 信誉,就是市场,就是经济效益. 从整机来讲,可靠性贯穿于设 计、生产、管理中,从部件、 元器件的角度来讲,电子元器 件的可靠性水平决定了整机的 可靠性程度。
3.當樣品不足導致測試時間過長時采用分批驗證:
(1)經推算TG-3008其1個單位的樣品壽命測試時數如下:
(2)因為樣機不能在一個批次同時取到,每次只能取部分樣品, 所以,必須采用分批實驗的方法進行,分批實驗的方法如 下:
THE END !
1.5 一般情況下, 加速壽命試驗考慮的三個要素是環境應 力,試驗樣本數和試驗時間. 1.6 一般電子和資訊業的零件可靠度模式及加速模式幾乎 都可以從美軍規範或相關文獻查得,也可自行試驗分析, 獲得其數學經驗公式. 1.7 如果溫度是產品唯一的加速因素,則可採用阿氏模型 (Arrhenius Model),此模式最為常用. 1.8 引進溫度以外的應力,如濕度,電壓,機械應力等,則為 愛玲模型(Eyring Model),此種模式適用的產品包括電燈, 液晶顯示元件,電容器等.
2.2 加速因子 加速因子即為產品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應
力條件下(Laccelerated)的壽命的比值.
如果產品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為:
AF=e
[Ea/K× (1/Ts-1/Tu)]
Ts:室溫+常數273 Tu:高溫+常數273
K: :Boltzmann常數,等於8.623*10-5 eV/0K.
由可靠度函數估算產品的可靠度.
MTBF= Total Operating(Hrs)/Total Failures
2. MTBF的估計值符合卡方分配原理, 其語法為: CHIINV(probability,degrees_freedom)或 X2 (probability,degrees_freedom) 故有以下公式: 2T MTBF lower = 1- f 2 T= Total Hours c ( 2r + 2, ) 2 r=Number of failures 2T
1. Duratio時總的需 要測試的時間
2. GEMfactor: General Exponential Model綜合指數
此指數一般取常數,其取值標準為按照Confidence Level進 行取值,常用的值為80%信心水準取3.22;而90%信心水準 時取2.3026.(華億現行標準均采用80%信心水準) 3. DC: Duty cycle占空比
2.3 加速因子中活化能Ea的計算 2.3.1 一般電子產品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6Ev,正 常有用期失效之Ea趨近於1.0Ev;衰老期失效之Ea 大於1.0Ev. 2.3.2 根據 HP 可靠度工程部(CRE)的測試規範,Ea是機 台所有零件Ea的平均值.如果新機種的Ea無法計 算,可以將Ea設為0.67Ev,做常數處理. 2.3.3 但是,Dell和Motorola機種的Ea因客戶有特殊要求 須設為0.6Ev. 2.3.4 如按機臺所有零件Ea的平均值來計算,則可按以 以例證參考進行.
可靠性属于质量的范畴,是产品质量的时间函数,从基本 概念上讲,可靠性指标与质量的性能指标所强调的内容是 不同的,可靠性的基本概念与时间有关,这些基本概念的 具体化,就是产品故障或寿命特征的数学模型化,只有通 过可靠性试验才能确定产品故障或寿命特征符合哪一种 数学分布,才可以决定产品的可靠性指标,进而推算产品 的可靠程度,在可靠性工程中,最常见的寿命分布函数有 指数分布,威布尔分布,对数正态分布和正态分布.