电子产品的可靠性

1、2022-4-221n1、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生n2、可靠性设计、可靠性设计n3、可靠性仿真技术、可靠性仿真技术n4、可靠性试验技术、可靠性试验技术n5、可靠性在工业企业的应用、可靠性在工业企业的应用n6、总结、总结电子产品的可靠性电子产品的可靠性2022-4-2221 1、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生n1 1、可靠性的基本概念介绍、可靠性的基本概念介绍 可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科。 产生于国防高科技领域，最早在美国国防工业中萌芽、发展、成熟，并迅速向美国民用产品的电子、通讯、信息技术等领域滲透。并以美国为中心的可靠性系统工程

2、技术被英、法、德、日等先进资本主义国家所应用，而获得成功。据统计，可靠性系统工程在资本主义国家的成功应用，给其工业社会带来了无以估计的社会财富。n可靠性的科学定义：可靠性的科学定义： 可靠性是一个时间的函数。可靠性是一个时间的函数。 产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 可靠性有一系列的数学特征量值： 如，可靠度R(t)、失效率(t)、平均寿命MTBF、寿命概率密度f(t)等。2022-4-223n2、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生n 50年代，当时美国的武器装备，从美国本土运往朝鲜战场，交付部队使用时，发现大批武器系统故

3、障。其中电子设备在开箱检测时，有一半不能使用。它们不是在战争中受到了破坏，而是在运输过程中就产生了故障。 当时，部队将领们把这些产品故障推到了产品制造商那边，认为产品是不合格的。而供应商却以产品出厂检验有军方代表验收为理由推辞。 军方和承制方发生激烈的争吵，为了解决问题，美国国防部成立了专门的研究小组，来解决装备的故障问题。这个小组的名字是AGREE-Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment。（美国国防部电子设备可靠性咨询小组）1 1、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生2022-4-224n2、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生

4、n AGREE工作小组进行了许多年的研究工作。其间使用了故障分类技术、统计学、化学、物理学、环境科学和失效分析技术。由各个学科的科学家和技术专家组成的小组，经过艰辛的努力，终于获得了突破性的成果。研究成果如下。 A、电子元器件具有失效率。失效率与制造元器件的材料有关、工艺有关、使用环境有关。 B、武器装备与元器件的失效率相似。而且在设计制造过程中可探求。 AGREE报告是后来可靠性研究发展的理论基础。我们可以从中看出，其中凝结着无数专家、科学家的艰辛劳动。该学科的诞生，把美国后来武器系统和航空航天产品中的故障降到了最低点。1 1、可靠性学科的诞生、可靠性学科的诞生2022-4-225n1、可靠

5、性设计的重要性n2、现代系统设计思想n3、系统可靠性设计技术流程2 2、可靠性设计（、可靠性设计（DFR)DFR)2022-4-226n1、可靠性设计的重要性2 2、可靠性设计、可靠性设计 可靠性设计在可靠性工程技术中占有重要地位，产品的可靠性定量指标在设计过程中就得到了落实，为产品的固有可靠性奠定了基础。运用可靠性分配理论，把可靠性指标从系统整机到部件级、元器件级逐级分配，从而使整机的可靠性得到了保证。反之，一个忽略可靠性设计的产品，必然“先天不足，后患无穷 ”，在使用过程中大部分会暴露出一系列不可靠的问题。据统计，由于设计不当，而影响产品可靠性的程度占各种不可靠因素的首位。所以，我们一定要

6、扭转只搞性能指标设计，忽视可靠性设计的倾向，在产品研发、设计阶段，认真开展可靠性设计，为产品固有可靠性奠定基础。下面是一个统计数据库2022-4-227产品寿命期内不可靠因素所占比例 0%5%10%15%20%25%30%35%40%固有可靠性零部件材料设计技术制造技术使用（运输、环境、操作、安装、维修)可靠性设计的重要性电子产品按寿命期统计的故障数据2022-4-228可靠性设计可靠性设计的基本内容应用专门的可靠性设计技术实施专题的可靠性设计 应用专门的可靠性评价分析技术对产品的可靠性进行定性和定量评价分析。 确定总体方案 （1）、明确设计产品的功能和性能要求； （2）、了解产品在其整个寿命

7、期内将要遇到的环境条件； （3）、确定产品可靠性的定性和定量指标； （4）、调查相似老产品的现场使用情况； （5）、拟定为实现可靠性指标应采取的相应措施； （6）、进行总体方案论证。 32基本内容11.可靠性设计的重要性 2022-4-229可靠性设计2.现代系统设计思想 现代系统设计思想中逐渐容入了可靠性设计的思想。产品或系统的设计不再是单独追求性能和功能，产品可靠性也成为产品设计中非常重要的一部分。下面是现代系统设计和传统设计思想的比较。在当今IT技术高速发展的时代，由过去传统设计思想向现代系统设计思想的转变是非常重要的。 现代系统（产品）设计思想与传统设计思想的对比 2022-4-221

8、0可靠性设计2.现代系统设计思想 现代系统（产品）设计思想与传统设计思想的对比 现代系统设计思想 传统设计思想 产品定位 市场牵引、用户需求 工程师和领导的意见 系统综合方式 一开始就进行系统（产品）性能 的综合 重视性能、忽视系统综合 工作量投入 研制初期投入较多，研制后期投入 较少，所需总投入较少 研制初期投入较少、研制后期投入较 多，所需总投入较多 更改次数 研制初期更改较多，研制后期更改 较少，更改代价较少 研制初期更改较少，研制后期更改较 多，会出现局部甚至全局重新设计， 更改代价较大。 设计目标及 评价标准 满足用户需求，质量好，可靠性高 满足验收标准，质量可靠性波动较大 工作状态

9、 主动寻找故障、预防故障发生 被动等待，解决故障问题 经济社会效益 低成本、高质量、适销对路 很难全部满足用户需求，可能会产生 合格的“废品” 。 现代系统设计思想与传统设计思想的对比以下分析可见，产品设计早期，就应把可靠性工作考虑进去。特别是可靠性设计应及早参与到产品设计中去，这也是转变产品设计观念，有效提高产品可靠性的重要举措。 总结2022-4-2211可靠性设计-现代系统设计思想 N Y N 产 品 电 气 原 理设计 单板布线前的 SI 仿真 热设计仿真（BETA） EMI仿真 TEST PASS PCB 布局、布线 布线后 SI、PI（电源完整性） 、EMI 分析 布 线 后 热

10、分 析 、 建立热模型（BETA） 三 维 全 波 电 磁场仿真分析 产 品 可 靠性 预 计 并建模 TEST PASS 可靠性设计 2022-4-2212可靠性设计-现代系统设计思想 Y N Y 产品试制品 功能、性能试验 EMC 试验（电磁 兼容扫描仪 扫描仪） 可靠性测试 TEST PASS 设计定型试验 END 可靠性设计分析技术在现 代系统设计思想中的应用 2022-4-2213可靠性设计 各种可靠性设计分析技术方法交叉配合使用，并贯穿到系统（产品）研制开发的全过程。系统地规划和确当使用各种可靠性设计技术和方法，真正设计开发出具有高可靠性水平的系统（产品）。 大型工程系统（产品）的

11、研制过程大致可分为：技术指标论证、方案论证、工程研制（初步设计和详细设计两个阶段）、设计定型、生产定型五个阶段。 在系统工程研制或产品开发过程中如何有效的组织并开展可靠性设计工作，最终高效、全面地提高系统（产品）的可靠性水平的总目标，必须对上面五个阶段中可靠性设计工作流程有清晰的认识和规划。3.系统可靠性设计技术流程2022-4-2214可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 可靠性设计各阶段的设计工作流程如下：1.系统（产品）技术指标论证阶段 研制任务：研制任务： 进行系统（产品）技术指标、总体技术方案的论证及研究经费、保障条件、研制周期的预测，最终形成系统（产品）研制总要求报告。论证工作

12、有使用方（客户）组织实施。可靠性定量要求制定 可靠性定性要求制定 使用需求 可靠性要求 工作流程：工作流程： 说明：使用方（客户）根据系统（产品）的使用需求和其特征，制定可靠性定性要求与定量要求，并把可靠性要求作为系统（产品）技术指标的重要组成部分。2022-4-2215可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 2.系统（产品）方案论证及确认阶段 研制任务：研制任务： 工作流程说明：工作流程说明： A、 依据系统（产品）使用技术要求，进行系统（产品）总体方案的优选及技术攻关形成总体技术方案。B、 根据总体技术方案，进行系统方案设计、分系统技术方案设计、总体协调和系统布局，确定系统方案和主要部件

13、及其结构形式。C. 进行模型样机或原理样机研制并试验.见下页2022-4-2216可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 2.系统（产品）方案论证及确认阶段 工程设计 Y N 方案论证阶段可靠性设计工作流程 可靠性指标调整 薄弱环节 可靠性模型建立 可靠性预计 可靠性分配 可靠性定性要求 可靠性定量要求 PPL 制定 是否调整定量要求 FMEA/CA 分析 初步设计阶段可靠性设计准则制定 FTA 分析 2022-4-2217可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 2.系统（产品）方案论证及确认阶段 工作流程说明：工作流程说明： 1、 按照确定的可靠性定量指标，进行系统可靠性指标的分配，使系

14、统各层次设计明确各自的设计目标。2、 按照设计方案建立系统可靠性模型，进行系统可靠性预计，发现薄弱环节，改进设计， 并判定设计方案能否满足系统可靠性定量要求。3、 改进方案调整可靠性分配指标，再次进行可靠性预计，可反复多次进行。4、 按照确定的可靠性定性要求，制定初步的可靠性设计总则，包括：降额设计总则、优选元器件清单（PPL），热设计总则、EMC设计等，来指导系统设计。5. 按照已确定的可靠性定性要求，进行功能FMEA、FTA等分析工作，发现薄弱环节，改进设计。 2022-4-2218可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 3.系统（产品）工程研制阶段-初步设计阶段 研制任务：研制任务：

15、工作流程说明：工作流程说明： 见下页1、 细化方案论证阶段提出的方案2、 系统功能、性能分析计算3. 从系统到分系统，产品的原理设计、组成 和结构设计、软件设计等。 1、随着工程设计工作的展开，应对总系统建立更加详细的系统可靠性模型，进行新一轮的可靠性分配和预计，同时进行分系统可靠性分配指标的调整，使指标分配更合理。2. 完善元器件优选清单，完善可靠性设计总则。3. 进行可靠性FTA、FMEA/CA分析工作。同时开展其它一些可靠性分析工作，如热设计分析等。4. 对设计过程中发现的薄弱环节采取设计更改等措施。2022-4-2219可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 工程设计 工程研制初步设

16、计阶段可靠性工程设计流程 薄弱环节 可靠性模型建立 可靠性预计 可靠性分配 可靠性定性要求 可靠性定量要求 FM EA/CA 分析 FTA 分析 其 它 可靠 性 设计分析 PPL符 合性 检查 PPL修订 可 靠 性设 计 准则 符 合性检查 详 细 设计 阶 段可 靠 性设 计 准则制定 2022-4-2220可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 3.系统（产品）工程研制阶段-详细设计阶段 研制任务：研制任务： 1、 各层次产品全部详细图纸的设计2、 功能、性能的详细设计、工程计算3. 技术文件的编制，包括产品标准的 出台 1、工程设计工作进入详细设计阶段后，建立更加详细准确的可靠 性

17、模型，进行新一轮的可靠性预计，并逐步判断工程设计方案是否能达到系统可靠性指标要求，以便即使进行可靠性定量指标调整。2、对工程设计工作进行全面的可靠性设计准则和优选元器件清单符合性检查。3 FTA、FMECA等分析工作。同时开展其它一些可靠性分析工作，如热设计分析等。4. 对设计过程中发现的薄弱环节采取设计更改等措施。 工作流程说明：工作流程说明： 见下页2022-4-2221可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 3.系统（产品）工程研制阶段-详细设计阶段 工程设计 工程详细设计阶段可靠性工程设计流程 薄弱环节 可靠性模型建立 可靠性预计 可靠性定性要求 可靠性定量要求 PPL 符合性检查

18、FM EA/CA 分析 可 靠 性设 计总 则 的符合性检查 FTA 分析 2022-4-2222可靠性设计- 3.系统可靠性设计技术流程 附录:可靠性设计阶段各种可靠性设计分析方法 1、 可靠性定性定量要求制定2、 可靠性模型建立3、 可靠性分配4、 可靠性预计5、 故障树分析（FTA）6、 硬件故障模式影响和危害分析（FMEA/CA）7、 优选元器件清单（PPL）制定8、 可靠性设计（含降额设计准则）总则制定9、 热设计10、 电磁兼容性设计11、 健壮设计12、 耐环境设计13、 软件可靠性设计14 . 电子元器件及电路容差设计15 . 潜在通路分析设计2022-4-22233、可靠性仿

19、真技术的应用目前世界上有非常先进的仿真技术：热仿真技术、EMC/EMI仿真技术、SI仿真技术、PI仿真技术等Apism仿真工具(套件)信号完成性分析SI电源完整性分析(PI)电磁兼容性分析 (EMI)2022-4-22243、可靠性仿真技术的应用ApsimSI:高性能信号完整性分析工具 ApsimSI是一个集成的软件系统，可在布线前和布线后进行信号完整性分析和仿真.是分析和校正的工具。它是目前最先进的信号完整性分析工具。设计人员用它可以进行高速数字电路和数模混合电路的信号完整性分析ApsimSI 功能可解决PCB设计中反射、串扰、传输时延、地/电层噪声带来的信号影响. 2022-4-22253

20、、可靠性仿真技术的应用ApsimPI/EMI分析 ApsimRPATH是目前业内唯一的可以画出回流路径的仿真器，主要用于解决EMI问题。 ApsimDELTA-IPI仿真软件 1、评估在有去耦电容时的地电层的电性能 2、在PCB制作前就可以对地电平面、电容值、电容的放置位置、电容的类型等进行评估。 3、对非常大而复杂的PCB模拟出随频率变化的阻抗 4、在电源供电点或IC 的电源脚在一定频率范围内的阻抗预测，可以对去耦电容的有效性进行评估。 功能2022-4-22263、可靠性仿真技术的应用EMC仿真仿真模型2022-4-22273、可靠性仿真技术的应用热仿真模型Apsim/Flotherm和B

21、ETASofe2022-4-2228n 对产品进行热分析是确定其温度场的温度分布，并对热设计成果进行检验和优化。 获得产品温度场的主要途径是：温度测量和数字分析计算。下面分别介绍：n温度测量：使用热电耦对被测物直接进行表面温度和温度场测量。所得数据准确。通常对实物进行热分析。n数字分析计算：主要应用于产品设计过程中，特别是产品设计初期，尚无实物可测。热场计算是特别复杂的，特别是板级、系统级产品。需要专业热设计工程师完成。 BETA软件可进行快速计算，并进行三维模拟温度场，计算速度是有限元法的50倍。给分析带来很大方便。特别是设计初期，会给构思带来即效验证。3、可靠性仿真技术的应用热仿真技术20

22、22-4-2229n1概述n2、环境应力筛选(ESS）试验技术n3、HALT&HASS试验技术n4、振动试验技术n5、可靠性验证试验MTBF测定技术n6、集成电路加速寿命试验模型4、可靠性试验技术、可靠性试验技术2022-4-22304、可靠性试验技术1、概述可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段目的（1） 、发现产品在设计、材料和工艺方面的缺陷。（2 ）、为改善产品的使用完好性、提高使用成功性、维修费用及费用提供信息。（3） 确认是否符合可靠性定量要求。 最终目的对产品作出接收、拒收或合格、不合格；发现产品故障；判断可靠性指标。2022-4-2231 可靠性试验分类

23、结构图 环境应力筛选试验 统计试验 可靠性验收试验 可靠性鉴定试验 可靠性验证试验 可靠性测定试验 可靠性增长试验 工程试验 可靠性试验 4、可靠性试验技术1、概述2022-4-22324、可靠性试验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术环境应力筛选（Environmental Stress Screening Test) 是通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程，是一种工艺手段。t(t)早期失效期恒定失效期耗损失效期BCA1、环境应力筛选的原理就是达到并完成浴盆曲线中早期失效 的C点（如图所示）。交付验收的批生产产品应100%进行

24、ESS 2022-4-22334、可靠性试验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术2、环境应力筛选强度的计算 在进行环境应力筛选设计时，要对所设计的方案进行强度计算。这样才能更有效的析出产品缺陷。在典型筛选应力选择时，一般恒定高温筛 选用于元器件级，温度循环用于板级以上产品，在美国使用温度循环对组件进行筛选的公司要比用恒定温度对组件进行筛选的公司多10倍。 下面分别介绍环境应力筛选的“筛选强度”数学模型： 1、 恒定高温的筛选强度SS=1-exp-0.0017(R+0.6)0.6t式中，SS筛选强度 R高温与室温（一般取25）的差值 t恒定高温持续时间（h） 2022-4-22344、可靠性试

25、验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术2、环境应力筛选强度的计算 2、 温度循环的筛选强度SS=1-exp-0.0017(R+0.6)0.6Ln(e+v)3N式中： R温度循环的变化范围（） V温变率（/min） N温度循环次数 2022-4-22354、可靠性试验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术2、环境应力筛选强度的计算 美国国防部 DODD4245.7-M 的推荐条件是： 温变率为 10/min 温度变化范围是：Tu=60 TL=-40 即 R=100 温度循环次数 N=15 所以， SS=1-exp-0.0017(100+0.6)0.6Ln(e+10)315 =1-0.0013

26、=99.87% 可见其筛选度是相当高的， 产品的潜在缺陷在此设计试验条件下是可以被析出的。 2022-4-22364、可靠性试验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术2、环境应力筛选强度的计算 3、 随机振动的筛选度随机振动的筛选度，在优选方法上仅仅次于温度循环。它的数学模型是：SS=1-exp-0.0046(Grms)1.71t式中： t为振动时间（min）Grms-单位g例子2022-4-22374、可靠性试验技术2、环境应力筛选(ESS）试验技术2、环境应力筛选强度的计算 (g2/Hz)功率谱密度 1 0.04g2/Hz 3dB/oct -3dB/oct 2 A1 A2 A3 20 40

27、 350 2000 (Hz) 分析：如果已知某一点的功率谱密度（PSD1）和斜率（K），可求出另一点的功率谱密度（PSD2）。即，PSD2= PSD1100.1KLog2(f2/f1)这里，K-是斜率f1,f2对应的频率点 由以上模型可得出，GrmsGrms=(A1+A2+A3)1/2其中：Grms=6.06g t=20min筛选度为：SS=1-exp-0.0046(6.06)1.7120=1-exp-0.004621.778520 =86.5%以上为ESS试验时应考虑的筛选强度的计算，为了我们在工作中设计出更好的更有效的试验模型，从而最有效的把产品故障屏蔽掉，可极大的提高产品的可靠度。202

28、2-4-22384、可靠性试验技术3、 HALT&HASS试验技术HALT试验技术已经抛开传统的可靠性测试方法，形成了较先进的测试方法和思想。下面详细介绍。HALT（Highly Accelerated Life Testing）和HASS(Highly Accelerated Stress Screening)是高加速寿命试验和高加速应力筛选试验。在国际先进的知名公司被广泛采用。HALT工作较为复杂，不单单是操作设备进行试验就能获得效果，要想得到满意的效果，得到准确可信的数据，对于试验技术、失效模型分析和确定问题后改善设计技术，都有环环相扣的关系。 HALT技术的主要性能指标 温度指

29、标可达：-100+200；温变率60/min 振动指标为： 随机振动，3轴6自由度；Grms60g; 2Hz10KHz. 2022-4-22394、可靠性试验技术3、 HALT&HASS试验技术HALT技术工作原理 1、Thermal Step Stress Test 4、Combined Environment Stress Test 2、Rapid Thermal Transitions Stress Test(以60/min) 3、Vibration Step Stress Test HALT应用于产品开发设计阶段，对以后的可靠性试验可节省大量的资源。这种新的可靠性试验方法是由美

30、国HOBBS工程公司的Gregg.k.Hobbs博士研究提出的。这种分析技术对于飞行器、导弹部件、通信产品等高可靠性系统是必不可少的，可在设计阶段极大地改善并提高产品的耐环境设计能力。2022-4-22404、可靠性试验技术3、 HALT&HASS试验技术 180 () Temperature Vibration 160 140 120 50g 100 45g 80 40g 60 35g 40 30g 20 25g 0 20g -20 15g -40 10g -60 5g -80 15min Combined Environment Stress Test Temperature Vi

31、bration Min Temp: -70 Max Temp: +90 Max Vibration Level:45GrmsRapid Thermal Transitions: 60/minCycle: 9试验设计2022-4-22414、可靠性试验技术3、 HALT&HASS试验技术0510152025100%元器件元器件(22%)设计设计(9%)制造制造(15%)系统管理系统管理(4%)耗损耗损(9%)未发现的故障未发现的故障(20%)诱发因素诱发因素(12%)软件软件(9%)下面是美国可靠性分析中心的一个统计数据，造成电子系统故障的主要原因为：2022-4-22424、可靠性试验

32、技术3、 HALT&HASS试验技术 评价产品的可靠性是以MIL-HDBK-217为依据的，他的预计方法是以ARRHENIUS模型进行的。但是，实际环境中的失效模式并 不遵循这一规律。例如，振动、冲击、湿度等都是失效的共存原因。甚至温度冲击导致的产品失效也不遵循ARRHENIUS模型 实际上，许多现场失效是由不确定因素造成的，这些不定因素是当今电子系统的可靠性问题的主要原因。但是，这些原因可用HALT和HASS来成功地预测和清除故障。 总之，HALT技术在美国，已经广泛地应用到电子产品的可靠性分析中去，已经成为很先进的产品耐环境设计分析工具。总结2022-4-22434、可靠性试验技术

33、 4、振动试验技术试验技术工作原理数字式振动台系统的工作原理图： 振动台台体 功率放大器 电何放大器 PC 控制系统 D/A A/D 试件 传感器 2022-4-22444、可靠性试验技术 4、振动试验技术试验技术振动技术性能指标一台技术指标先进的振动台,其功能资源是非常丰富的.它应包括以下环境模型:(1).正弦定频(2).正弦扫频(3).宽带随机(4).宽带+窄带(5).宽带+正弦(6).宽带+正弦+窄带(7).冲击响应谱(8).规定波形(三角,梯形,半正弦)因为电子产品的失效模型来自各种各样的环境，一般在生产定型和出产检验中使用正弦扫频和宽带+窄带即可完成。但是,在产品设计定型和故障分析研

34、究时需要使用更先进的宽带+窄带+正弦和冲击响应谱力学模型。这种模型一般出现在飞行器遇到强大冲击气流时的环境。因为在产品设计定性和故障分析时必须考虑更全面的失效环境，这样才有利于增长产品的可靠性。其实 1-4 项完全可以满足我们产品的出产检验和目前客户合同的要求.我们选择更先进的技术性能,主要是站在公司今后若干年内和彻底而有效地解决产品力学引发的故障,这样一个远景目标上来考虑的。 2022-4-22454、可靠性试验技术 4、振动试验技术试验技术设计定型评价方案设计定型评价方案 (g2/Hz) 2.0g 1.5g 1.0g 0.002 W1 10 16 32 48 64 300 F (Hz) 图

35、1 机载设备力学模型 设计定型要求寻找结构设计、材料选择和工艺设计方面的各种缺陷，以便尽早采取措施。 宽带+正弦模型；冲击响应谱； 2022-4-22464、可靠性试验技术 4、振动试验技术试验技术来料控制来料控制 g2/Hz 0.04g2/Hz 3dB/oct -3dB/oct 20Hz 80Hz 350Hz 2000Hz 宽带随机振动谱 来料控制一般用环境应力筛选2022-4-22474、可靠性试验技术 4、振动试验技术试验技术 总均方根值：1.71G 试验时间:15min 扫描次数：1 功率谱密度(g2/Hz) 窄带（Hz） 幅值(g2/Hz) 扫描带宽 n1 5376 0.05625

36、12 0.500 n2 106152 0.01718 24 0.250 n3 159228 0.00602 36 0.100 n1 宽带数据 0.050 n2 0.00342 g2/Hz（5500Hz） 0.025 0.010 n3 0.005 0.025 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 图 3 铁道路运输或履带车力学环境模型 确认产品生产过程中，产品的耐环境能力，为产品出厂验收提供决策。试验条件没有生产定型严。如果做ESS环境应力筛选需要100%进行。拟用如下铁路运输或履带车力学环境模型进行出厂可靠性检验。 出厂检验2022-4-22484、

37、可靠性试验技术美国热测（THERMOTRON） THERMOTRON（美国热测工业公司）是全球最大的环境与可靠性试验设备制造商之一。他是全球唯一既能生产振动台（包括振动软件）又能生产试验箱的公司。是美国国防部指定的生产可靠性与环境试验设备的厂商之一。参与制订了美军标MIL环境试验部分。他生产的可靠性与环境试验设备很全，性能指标很先进。可靠性试验系统可达到全球最先进的性能指标。属于高档产品。振动台系统在全球不处于领袖地位.比较有名的振动台供应商有，英国灵公司、德国TIRA、美国UD等。 THERMOTRON振动系统除满足一定指标外，还有以下特点： （1）、动态对中系统使用光传感器，确保动圈精确对

38、中，并保证振动台在操作过程中不超过位移极限。 （2）、采用气冷D类放大器 （3）、与AGREE试验箱兼容，也可单独使用ESS试验 （4）、大直径振动台 （5）、800线分辨率，能精确控制窄带/低频试验。 （6）、振动方向：三轴六自由度 （7）、推力：908KG.f-5400kg.f （8）、位移：25MM/P-P，50MM/P-P （9）、功放规格：2.2KVA59.4KVA (10)、唯一的全套系统制造商。 4、振动试验技术试验技术可靠性设备供应商2022-4-22494、可靠性试验技术5、可靠性验证试验MTBF测定技术决策风险使用方风险是MTBF的真值与MTBF的检验下限1相等时设备被接收

39、的概率。生产方风险是MTBF的真值与MTBF的检验上限1相等时设备被拒收的概率。GJB899试验方案中均给出了精确风险值。鉴别比鉴别比d是MTBF的检验上限0与下限值1的比值。鉴别比越大，试验作出的判决就越快。说明2022-4-22504、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)定定时时试试验验方方案案 定时试验方案可以估计 MTBF 的观测值（点估计值） 及验证区间或置信区间 （L， U） 。 1、 定时试验方案 其中，GJB899 中规定的方案 9方案 17 为标准型定时试验方案。 2、 其它定时试验方案 3、 定时试验 MTBF 的验证值 定时试验 MTBF 的验证值包括

40、： MTBF 的观测值（点估计值）及验证区间或置信区间（L，U） 。 客户不仅需要检验产品的 MTBF 值是否达到了规定的指标，而且还需要根据试验数据或现场使用数据估计 MTBF 值。这些数据是试验报告的重要组成部分。 4、 试验参数 试验方案中涉及的参数有（0、1、d、）是估计 MTBF 的依据。MTBF 的检验下限1和检验上限值0是质量协议或试验方案中预先给出的值。 生产方风险和使用方风险代表试验通过与否的概率，不代表试验验证的 MTBF 的真值范围。因此，在估计 MTBF 验证值时，不考虑和。在编写试验报告时应说明试验参数（0、1、d、） 。 5、 置信度（C） 订购方（客户）必须规定

41、MTBF 的验证区间或置信区间（L，U）的置信度 C。GJB899 建议采用的置信度 C=（1-2）100%，例如，=10%时；置信度 C=80%；当=20%时；C=60%等。 2022-4-22514、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)6 、 接 收 时M T B F 的 估 计 当 试 验 结 果 作 出 接 收 判 决 时 ， 本 次 试 验 停 止 前 出 现 的 责 任 故 障 数 一 定 小 于 或 等 于 接收 判 决 的 故 障 数 ， 试 验 必 定 是 在 达 到 规 定 的 试 验 间 而 停 止 的 。 此 时 ， M T B F的 计 算 程 序

42、如 下 ： a 、 按 （ 1 式 ） 计 算M T B F 的 观 测 值 （ 点 估 计 值 ）： = T /r （ 1 式 ） 式 中 ： T 设 备 总 试 验 时 间 r 责 任 故 障 数 b 、 根 据 责 任 故 障 数r 及 置 信 度C 查 表A 7 ， 得 ： 置 信 下 限 系 数 L（ C ， r ） 置 信 上 限 系 数 U( C , r ) 其 中 ， C = （ 1 + C ） / 2 c 、 计 算M T B F 的 置 信 下 限 L和 置 信 上 限 U： L= L（ C ， r ） （ 2 式 ） U= U( C , r ) （ 3 式 ） d 、 写

43、 出M T B F 的 验 证 区 间 。 （ L， U） ， （ 置 信 度C ） e 、 如 果 表A 7 中 的 数 据 不 够 用 ， 可 按 下 式 计 算 ： L（ C ， r ） = 2 r / x21 - c / 2 , ( 2 r ) U( C , r ) = 2 r / x21 + c / 2 , ( 2 r ) （ 4 式 ） 式 中 ： r 责 任 故 障 数 C 置 信 度 ， C = （ 1 + C ） / 2 X2 , i 自 由 度 为i 的X2的 上 侧 分 位 数 点 。 2022-4-22524、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)例1

44、、 规定的置信度 C=80%，试验到 920 台时时达到接收判决，试验中出现 7 个责任故障。对上面试验方案，对MTBF进行估计。 解： a、 计算MTBF的观测值 =920/7=131.43h b、 从表A7中查处置信度为C=80%，故障数r=7的置信下限系数L（0.9,7）和置信上限系数U（0.9,7）: L（0.9,7）=0.595 U（0.9,7）=1.797 c、 计算MTBF 的下限置信区间L和上限置信区间U L=0.595131.43=78.2h U=1.797131.43=236.2h d、 按格式写出MTBF 的置信区间： （78.2h,236.2h）,(置信度为C=80%)

45、 这说明 MTBF 的真值落在这个区间里的概率至少为 80%。或者说 MTBF 的真值大于或等于 78.2h的概率为90%，而MTBF 的真值小于或等于236.2h的概率为90%。 2022-4-22534、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)7、 拒 收 时 M T BF 的 估 计 在 试 验 过 程 若 责 任 故 障 数 达 到 拒 收 的 判 决 故 障 数 即 可 立 即 停 止 试 验 ， 并 作 出 拒 收 判决 。 此 时 应 对 M T BF 作 出 估 计 ： a、 计 算 M T BF 的 观 测 值 （ 点 估 计 ） = T /r （ 5 式 ）

46、 式 中 ： T 最 后 一 个 责 任 故 障 数 发 生 时 设 备 总 试 验 时 间 r 责 任 故 障 数 b、 根 据 责 任 故 障 数 r 及 置 信 度 C 查 表 A8， 得 ： 置 信 下 限 系 数 L(C,r） 置 信 上 限 系 数 U(C,r) 其 中 ， C=（ 1+C） /2 c 、 计 算 M T BF 的 置 信 下 限 L和 置 信 上 限 U： L=L（ C， r） （ 6 式 ） U=U(C,r) （ 7 式 ） d、 写 出 M T BF 的 验 证 区 间 。 （ L， U） ， （ 置 信 度 C） 如 果 表 A8 中 的 数 据 不 够 用

47、 ， 可 按 下 式 计 算 ： L（ C ， r ） = 2 r / x21 - c / 2 , ( 2 r ) U( C , r ) = 2 r / x21 + c / 2 , ( 2 r ) （ 8 式 ） 式 中 ： r 责 任 故 障 数 C 置 信 度 ， C=（ 1+C） /2 X2 , i 自 由 度 为 i 的X2的 上 侧 分 位 数 点 。 2022-4-22544、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)例1、 规定置信度C=80%， 试验到820台时时， 因出现第7个责任故障而作出拒收判决，停止试验，按上述程序对MTBF进行估计。 A、 计算MTBF的

48、观测值 =820/7=117.4h B、 从表 A8 中查 r=7,C=80%的置信下限系数L（0.9,7）和置信上限系数U（0.9,7）: L（0.9,7）=0.665 U（0.9,7）=1.797 C、 计算MTBF的置信下限L和置信上限U： L=0.665117.4=77.9h U=1.797117.4=210.5h D、 写出MTBF的验证区间 （77.9h，210.5h） ， （置信度为C=80%） 这说明MTBF的真值落在这个区间里的概率至少为80%。或者说MTBF的真值大于或等于77.9h的概率为90%，而MTBF的真值小于或等于210.5h的概率为90%。 2022-4-225

49、54、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)选选定定定定时时试试验验方方案案的的方方法法 1、 生产方根据 自己产品 的可靠性 与客户 希望的极 限质量进 行磋商， 一 开始双方 提出的0、1值不一 定有规定 的鉴别比d值， 在协商 之后， 参考 试验时间， 定下1、d、 、 。 2、 根据1、d、值查表A3， 得到相 应的试验 时间（1的倍数 ） 、接收数 （Ac） 、拒收数（Re=Ac+1） 。至此确定出试验的方案号。 3、 根据客户规 定的MTBF的置信 度C（推荐使 用C=1-2） ，由试验 数据或现 场数据估 算出（L，U）和观测值（点估计） 。当试验结果作出接收判

50、决时：试验停止 前出现的责任故障 数一定小 于或等于 接收判 决时的故 障熟 Ac， 试验要在 达到规定 的试验时 间而停止， 此时根据 定时截 尾公式进 行估计 ； 试验过 程中若 出现故障 数达到拒 收的判决 故障数Re即可停止试验，并作出拒收判决，此时根据上面定数截尾公式估计。 2022-4-22564、可靠性试验技术- (5、可靠性验证试验MTBF测定技术)例1、 设1=500h，d=2.0;=20%。根据以上参数试设计一个指数寿命设备的可靠性定时（定数）试验方案？ 解、 1、 确定方案号 根据条件得， 0=d1=2500=1000h， 根据d=2.0;=20%查表A3得方案号为：14

51、。 2、 根据方案号，查表得： 总试验时间为7.81=7.8500=3900h；Ac=5；Re=6. 3、 因此，试验方案为： 总试验时间T=3900台时。 A、 如果当试验结束时出现的故障r小于等于5，则认为该产品批可靠性合格，接收。 B、 在试验累计时间未到达T， 故障数r达到Re时， 停止试验， 认为该产品可靠性不合格，该批产品拒收。 根据试验结果用定时（接收）或定数（拒收）截尾公式作出点估计和规定的置信度 C 的区间估计。 2022-4-22574、可靠性试验技术6、集成电路 加速寿命试验模型Arrhenius 方程在集成电路的加速寿命试验中得到了最广泛的应用。由此建立的电子产品的高温

52、加速寿命试验的加速因子计算模型为： AF(t)=exp(Ea/k)(1/Tuse-1/Tstress) AF(t)-温度加速因子Ea-析出故障的耗费能量（activation energy=0.3ev1.2ev）k-Boltzmann常数=8.61710-5ev/okTuse-产品正常工作的温度Tstress-产品施加应力的温度以上是产品在高温应力条件下的加速因子计算的数学模型。2022-4-22584、可靠性试验技术6、集成电路 加速寿命试验模型2、 电压加速因子（Voltage Acceleration Factor）的计算模型 AF(v)=expz Vstress-Vuse 式中:AF(

53、v)-电压加速因子 z-电压加速常数（typically,0.5z1.0） Vstress-应力电压（Stress voltage） Vuse-使用电压(Operating voltage)2022-4-22594、可靠性试验技术6、集成电路 加速寿命试验模型3、 Hallberg-Peck Model 湿度加速因子由Hallberg和Peck推算出： AF（RH）=RHstress/RHusen式中: AF（RH）-湿度加速因子 RHstress-应力条件下的相对湿度 RHuse-使用条件下的相对湿度 n-湿度的加速率常数介于23之间 2022-4-22604、可靠性试验技术6、集成电路 加

54、速寿命试验模型4、 Coffin-Manson Model（科芬曼森模型）温度循环的加速因子数学模型为： AF（tc）=Tstress(hot)-Tstress(cold)/Tuse(hot)-Tuse(cold)式中:AF（tc）-温度循环加速因子 Tstress(hot/cold)-应力温度Tuse(hot/cold)-使用温度 -温度变化的加速率常数介于48之间2022-4-22616、集成电路 加速寿命试验模型4、可靠性试验技术5、 综合加速因子: AF=AF(t)AF（RH）AF(v)Failure Rate Estimating X2(,2n+2)109 = 2AFDH 式中： -

55、失效率（FIT） X2-失效估计（可查表得）x2分布函数 置信度 n- 产品失效数 DH-被试验产品总的累加工作时间=样品数总的工作时间 2022-4-22625 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用n1. 体系建设体系建设n2. 可靠性工作的中心可靠性工作的中心n3. 可靠性工作计划可靠性工作计划n4. 建立并实施可靠性标准及产品标准建立并实施可靠性标准及产品标准 n5. 应用成熟的可靠性技术应用成熟的可靠性技术n6. 我司今后应加大力度，进行几个方向的可靠我司今后应加大力度，进行几个方向的可靠性研究性研究n7. 标准化建设标准化建设2022-4-22635

56、 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用1、可靠性工程体系建设、可靠性工程体系建设可靠性工程体系框架（7）可靠性管理体系 （6）制造工艺可靠性研究体系 （5）故障、失效分析体系 （4）老化筛选体系（3）可靠性试验体系 （2）可靠性评价体系 （1）可靠性设计体系 2022-4-2264 可靠性工程体系结构图可靠性工程体系结构图5 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用2022-4-2265 可靠性试验体系可靠性试验体系 5 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用2022-4-2266 可靠性试验技术能

57、力: 振动系统ESS系统AGREE系统HALT&HASS系统可靠性增长试验环境应力筛选（ESS）可靠性测定可靠性验证试验形成全球最先进的电子产品可靠性试验硬件体系5 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用1、可靠性工程体系建设、可靠性工程体系建设2022-4-2267振动系统约10万美金2003年ESS系统约10万美金2003年AGREE系统约20万美金2004年HALT&HASS系统约20万美金2004年把早期失效点提前推进到恒定失效点耐环境设计的极限点测试MTBF计算分析工艺结构问题5 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工

58、业企业中的应用1、可靠性工程体系建设、可靠性工程体系建设设备技术和资金评估2022-4-2268 电子产品的可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来电子产品的可靠性是设计出来的、制造出来的、管理出来的。的。 设计和制造阶段确定下来的可靠性是“固有可靠性”，占产品可靠性的80%以上。是在产品早期设计定型阶段就确定了的可靠性指标，并通过生产得以确定。它是一个设计奠定、生产（制造）实现和管理保证的一个系统工程。“使用可靠性”是产品在使用过程中，因环境和人为因素影响所能达到的可靠性，它约占产品可靠性的20%以下。使用可靠性与运输、环境、操作、安装、维修技术等有关。5 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用2、可靠性工作的中心、可靠性工作的中心2022-4-22695 5、可靠性工程在现代工业企业中的应用、可靠性工程在现代工业企业中的应用2、