产品可靠度MTBF原理ppt课件

1、MTBF&產品可靠度驗證 編寫: 劉法芝 Date:Sep.03.2004.随着电子技术的开展,对电子设备也提出了更高的要求,由于设备技术性能和构造要求等方面的提高,可靠性问题愈显突出,假设没有可靠性保证,高性能目的是没有任何意义的. 一.可靠度的根本概念现代用户买产品就是买可靠性,对消费厂家来说,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、消费、管理中,从部件、元器件的角度来讲,电子元器件的可靠性程度决议了整机的可靠性程度。.可靠性属于质量的范畴,是产质量量的时间函数,从根本概念上讲,可靠性目的与质量的性能目的所强调的内容是不同的,可靠性的根本概念与时间有关,这些根

2、本概念的详细化,就是产品缺点或寿命特征的数学模型化,只需经过可靠性实验才干确定产品缺点或寿命特征符合哪一种数学分布,才可以决议产品的可靠性目的,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. 二.可靠性試驗的特點和分類电子设备的可靠性目的是一些综合性、统计性的目的，与质量性能目的完全不同，不能够用仪表、仪器或其它手段得到结果，而是要经过实验，从实验的过程中获得必要的数据，然后经过数据分析，处置才干得到可靠性目的的统计量。可靠性目的的实现主要依托现场实验或模拟现场条件实验，普通说电子设备的可靠性实验可以分为研制阶段的实验，可靠性验收实

3、验，可靠性增长实验，元器件老炼实验，极限实验，负荷及过负荷实验，过载才干实验等，这类实验的目的是了解设计能否满足了可靠性目的的要求，找出或排除设计与制造过程中的缺限和缺乏，证明设计可靠性能否实现.对于不同的电子设备，所要到达的目的不同，可以进展的可靠性实验方式也就各异.因此可靠性实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、加速寿命等实验在实践运用中较为广泛。. 三.MTBF術語MTBF:即平均无缺点时间英文全称:Mean Time Between Failure定義:衡量一个产品尤其是电器产品的可靠性目的,单 位为“小时.它反映了产品的时间质量,是表达产品在 规定时间内坚持

4、功能的一种才干.详细来说,是指相邻 两次缺点之间的平均任务时间，也称为平均缺点间 隔,它仅适用于可维修产品,同时也规定产品在总的使 用阶段累计任务时间与缺点次数的比值为MTBF ,磁 盘阵列产品普通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运用 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 間裡評估產品的运用壽命. 1.4 是在物理與時間上,

5、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运用狀態的壽命或失效率.但根本 條件是不能破壞原有設計特性. . 1.5 普通情況下, 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 普通電子和資訊業的零件可靠度方式及加速方式幾乎 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 假设溫度是產品独一的加速要素,則可採用阿氏模型 (Arrhenius Model),此方式最為常用. 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),此種方式適用的產品包括電燈, 液晶顯示元件,電容器等.1

6、.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 復合方式(Combination Model)適用於同時考慮溫度 與電壓作為環境應力的電子资料(如電容如下式為電 解電容器壽命計算公式)1.11 普通情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和資訊類废品也可適用阿氏模型,缘由是废品類的失 效方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.2. 阿氏模型的加速因子 2.1 阿氏模型来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

7、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). 2.2 加速因子 加速因子即為產品在运用條件下的壽命(Luse)和高測試應 力條件下(Laccelerated)的壽命的比值. 假设產品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為:AF=eEa/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. 2.3 加速

8、因子中活化能Ea的計算 2.3.1 普通電子產品在早夭期失效之Ea為0.20.6Ev,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 台一切零件Ea的平均值.假设新機種的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 如按機臺一切零件Ea的平均值來計算,則可按以 以例證參考進行.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

9、品在总的运用阶段累计任务 时间与缺点次数的比值为MTBF, 指數(Exponential)分布 是可靠度統計分析中运用最普遍的機率分布.指數分布 之MTBF數值為失效率的倒數,故一旦知道值,即可 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2X(probability,degrees_freedom) 故有以下公式:T= Total Hoursr=Number of failures =Conf

10、idence interval注: If there are no failures then:(假设未有不良發生) MTBFlower = T/-ln(Confidence Interval). 六.DMTBF計算DMTBF:平均无缺点时间验证英文全稱:Demonstration Mean time Between failures 計算方法:以温度为加速寿命实验且采用阿氏加速寿命方式 (Arrhenius Model) 計算公式:(實際运用中,如需求可在分子上乘上24Hrs以方便計算時數)Duration =(MTBFspec/2)* GEMfactor/(DC*Sample size*A

11、fpowr*AF) Duration:持續測試時間 MTBFspec:平均无缺点时间 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:加速因子謝經理:此公式是華億現行的公式,但和LITOIN企業的不一樣,LITOIN的公式里沒有2這個分母,所以按此公式算,華億在做壽命測試時時間要比LITOIN的短,請確認.1. Duration:持續測試時間 即一個單位或幾個單位的樣品在進行壽命試驗時總的需 要測試的時間2. GEMfactor: General Exponen

12、tial Model綜合指數 此指數普通取常數,其取值標準為按照Confidence Level進 行取值,常用的值為80%自信心水準取3.22;而90%自信心水準 時取2.3026.(華億現行標準均采用80%自信心水準)3. DC: Duty cycle占空比 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:平均无缺点时间 規格書上訂明的機臺MTBF時間數6. AFpower:加速

13、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=27. AF:加速因子,產品在运用條件下的壽命(Luse)和高測試應 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 以以添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假设算得的1個單位的機臺其壽命測 試時間為1280Hrs,則可以添加實驗機臺數,如运用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