电磁兼容技术讲座电子发烧友网可靠性基础

第一节.可靠性基本术语及定 一、可靠性定 二、研究可靠性的意 三、可靠性的研究内 四、可靠性指 第二节、可靠性相关计 一、可靠性分 二、筛选强 三、可信度系数和加速因子计 第三节、可靠性试 一、环境试 1、低温试 3、高温试 5、温度循 6、交变湿 7、振动试 9、其它试 6、筛选方 四、验证试 1、基本定 五、可靠性增长试 第四节、可靠性设 一、可靠性模型 二、可靠性分 三、可靠性预 四、降额设 求它工作时，它有时工作，有时不工作，则称它是不可靠的。根据的规我国的可靠性工作起步较晚，2070年代才开始在电子工业和航空工业中距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所提高产品可靠性,可以防止故障和事故的发生,尤其是避免性的事故发生.86年1月28日,美航”于1密飞S后其中7航,成12亿失;92小零件的故障,发射失败,造成了巨大的经济损失和政治影响到.提高产品的可靠性,能使产品总的费用降低.提高产品的可靠性,首先要增加费用,如选用好的元器件,几台用，可以发挥几倍的效益。GE公司经过分析认为，对于发电、冶金、矿山、等连续作业的设备，即使可靠性提高1%，成本提高10%也是合算的。应该采取的技术及组织管理措施。这是介于技术和管理科学之间的一门边缘学科,可靠性管理:完善可靠性组织结构,规划出可靠性组工作的目标制定出相应的流程,规范可靠性工作,监督可靠性工作的实施培训可靠性知识,增强质量意识,而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。R(t)NN n(t):到t时刻样品失效的总F(t)n(t)1N）λ（t间△t内发生失效的概率失效率单位)对目前具有高可靠性的产品来说,需用更小的单位来作为失效率的基本单位,采用一个菲特(it来定义,1Ft=106103h=1-/h100016只有一.失效率曲线(浴盘曲线Bathtub-curve):产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点,根据第一阶段是早期失效期(InfantMortality);表明器件在开始使用时,失效率很高,但随着产品工第二阶段是偶然失效期，也称随机失效期(RandomFailures)；这一阶段的特点是失效率较低，良好使用阶段，由于在这一阶段中，产品失效率近似为一常数，故设λ(t)=λ(常数)由可靠度计算得:tR(t)EXP((t)dt)0这一式表明设备的可靠度于失效率成指数关系

第三阶段是耗损失效期(earout);该阶段的失效率随时间的延长而急速增加,主要原因是器件的损失己非常的严重,快到尽头了,可适当的维修或直接更换了.MTBF(MeanTimeBetweenFailure)；是指相邻两次故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。总的工作时 MTBF 故障 思考题产品的可靠性定义是什么提高产品的可靠性有哪几方面的重要意义度量一种产品的可靠性常用的指标是什么1这种模型的一些具体应用有其故障率随着工作时间的增长没有很大变化的产品没有过多余度的复杂的可修复设备R(t)2.1某计算机故障率是恒定的,17天发生一次错误,5θ=17*24=408小时λ=1/θ=1/408=0.0024错误数/R(t)ete0.0024*522.2现已证明微波发射管服从正态分布,其均值μ5000小时,标准差σ1500小时,4100小时时,这种管子的可靠度尔分布的R(t)=e^(-t/a)^bb＝1时，R(t)=e^(-t/a)（℃；V—（℃/min；N—共计5H）则对应的筛选强度为：式中：t—为振动时间（min；Grms---单位振动加速度均方根值可信度系数测试时间＝A×MTBF,MTBF值,A,就可a是要求的信心度 r是允许的失效数，由你自己决加速因子Accelerated对于某些测试时间较长的试验,若按常规的方法去做,则耗时耗力,使用加速试验,可以加快试验时间,节约试验经费.常用有(ArrheniusAftexp[Ea(

1

Afvexp[(VtAFexp[Ea(

1)]exp[(VtVu) Vu:使用电压 (ArrheniusModel)由热和电压加速度组成,可独立使用,也可组合.广泛用于建立产品与温度的关系模型.这一关系式用于表示某个失效机理对温度的敏离子性（SiO2Na离子漂移1.0—0.6—0.5—Ea值:EaNEa(eV)x132Linear911温度-湿度效应(Hallberg-Af(RHt)3exp[Ea(11 偏压HAST试验。附：不同状态下的失效机理温度循环（EIAJESD-22-A104）失效机理：开裂、上的短路开路、钝化层开裂、Ⅳ.温湿度偏压（EIAJESD-22-A10）失效机理：电解/电池腐蚀、分层和开裂延伸。常见的失效位置包括指状引脚与封装材料、线焊、焊盘以及金属化之间的接合面。分层、线焊失效和绝缘电阻下降的失效机理。(将在以后详解半导体的可靠性及机理)四、MTBF知道是否可以接受此产品。这时，只需要对产品进行摸拟运试，当产品通过了测试时，就认为产品达到了要求的MTBF，可以接受此产品。10用上面介绍的加速试验.对一般电子产品而言，多用高热加速，有时也用高温高湿加速。Af(RHt)3exp[Ea(11 Aftexp[Ea(11)]exp[0.6

(

1)]

次数小于或等于一次，就认为此产品的MTBF达到了要求。下面简单介绍几个器件的失效率的计算,可详见GJB299B和MIL-HDBK-217F等相关 连接器PCB的失效率 将所有器件的失效率类加起来得到总的失效率,其倒数即为MTBF值,1).高温测试 2).低温测3).高低温交变测 4).高温高湿测5).机械振动测 6).机械冲击测试7).开关电测试 8).电源拉偏测试 电压加速的失效机理：即时间相关介质击穿、栅氧化缺陷、电荷增益等（偏压试验EIA 温度循环（EIAJESD-22-A104）失效机理：开裂、上的短路开路、钝化层开裂、芯置包括指状引脚与封装材料、线焊、焊盘以及金属化之间的接合面。高加速应力试验（EIAJESD-22-A110）：这一试验是要加速有关金属化腐蚀、材料界面处的分GB/T2423.1-1989试验条件/参数：-40℃,24HTL必须低于产品技术条件规定的低温工作温度。研发测试最低，样机测试次之，例试最高；通常状况下三个阶段的TL都取－40℃。GB/T2423.1-1989试验条件/参数：-5℃,24h:U1~U2~U3高压，注：常见高、低、额定电压定义：(U1、U2和U3以下类同)直流输入电源：U1=38.4Vdc(U2=48VdcU3=72Vdc(交流窄输入(110Vac):U1=88Vac(U2=110Vac(U3=132Vac交流宽输入(220Vac):U1=176VacU2=220Vac(U3=300Vac3,4条的高低压值可根据实际情况而定采用标准GB/T2423.2- 试验条件/参数：THTmax（Tmax指产品技术条件规定的高温工作温度。开发测试时温度最高(一般取Tmax+20℃)、小批量试产测试时温度次之(一般取GB/T2423.2-1989试验条件/参数：+62℃,24H:U1~U2~U3采用标准GB/T2423.22- 试验条件/参数：(-5℃~+62℃,1℃/MIN),值保持温变率大于1℃/min,但应小于5℃/min。GB/T13543-1992GB/T2423.4-1989试验条件/ 上图就是一个简单的振动试验系统，其动作方式为：我们先在振动控制器（Vibration 推力计算:

50kg1.3G=778承载重量

M1+M2不可超过的重量，例如：一振动试验机的最大荷重为300kgM2260kgwM140kgw位移计算Dp

(mm) 0.002f

A:加速度 Dp

(mm)

a.搜寻(Resonance特定零组件搜寻它的特性，再依其特性执行点的加振试验。正弦振动(Sine)（Hz分为单次扫描次数(例：5-500Hz算一次)及来回扫描(例：5-500-5Hz算随机振动：单位为ASD测试时间：执试所需时间，单位为min或hr。冲击m/s2ms冲击试验主要是用来确定元器件、设备和其他产品在使用和过程中经受非多次重复的机械冲击的适应价完器试使和程冲辆轴向:3轴向;冲击次数:每个轴向正反3次附:常见冲击类型半正弦 后峰锯齿 梯形2)下表是开关电源常用的跌落参数6面,10次二、EMC高产品本身能力，即要求产品必须具备在一定的电磁环境下能正常工作的能UDL-UpperDestructLimit(tempandvibration)破坏限上限值UOLUpperOperatingLimit(tempandvibration)运行限上限值LOL-LowerOperatingLimit(temperature)运行限下限值LDLLowerDestructLimit(temperature)破坏限下限值FLT-FundamentalLimitofTechnology根本技术限制Margin-余度，即产品设计限与运行(破坏)限的差值额定工作电压最高工作电压123456试验启机正常，输出正常，降温至-2020分钟后，重LDL。额定工作电最高工作电12345667020分钟后，果不能恢复，极为UDL.60℃/分钟。试，直到当前无法改进提高，记录UDL值。将(3)高低温循环测试和4)振动加速试验合并高温操作（或破坏）界限力,每次增加之应力为:振动操作极限值,在每个循环之最高及最低30（采用适当的方法定位失效部分析根本失效原因(可能需进行深入的和失效分析8)HASS（HighlyAcceleratedStressScreening）的全称是高加速应力筛选试验;制造工艺也是决定电子产品可靠性的一个重要因素，HASS试验就是专为清除生产制中，应尽量减少HASS试验。一般在下列情况下可考虑利用HASS对产品进行筛选区：HASSHALT的试验结果以及产品性能测试所需要时间、产品HASS试验剖面图是由数个在两个极限温MTBF验证区间demonstratedMTBFintervaldiscriminationratio(d)MTBF的检验上限与下限的比值。例:规定的置信度C=80%,试验到920台时时到达接收,试验中出现7个责任故障,对进行估计即T=920台时 r=7^T^

7

131.4MTBF的观测值(点估计值用EXCEL计算为:=2*7/chiinv((1-θL(C',r)

12 2* 0.59462

C,2r2 2(10.8,2*72 θu(C',r) 2 2(11c,2r2

2*2(110.8,2*72

1用EXCEL计算为:=2*7/CHIINV(1-(1-例:规定的置信度C=80%,试验到820台时时因出现第7个责任故障而作出拒收,对MTBF进T=820台 r=7^T^

7

117.1θL(C',r) 2 2(1C,2r2

2(

2*0.8,2*72

0用EXCEL计算为:=2*7/CHIINV((1-θu(C',r) 2 2(11c,2r2

2*2(110.8,2*72

1用EXCEL计算为:=2*7/CHIINV(1-(1-所以置信上下限为MTBF80%,MTBF下表为置信限 2(,2r) 2(1 2r 2(1 yzeandfixTAAF），解决设计缺陷，提高可靠性。件的质量、设计上的、不成制造工艺，以及生产管理上的差错造成的问题等，必须在1)确认产品经过不断地设计和制造工艺等方面的改进后,其可靠性是否已有明显的提高IEC60605-6GB5080.6的关于恒定失效率假设的有效性检验方法

m=r-1当T=Tr时(定数截尾 或m=r当T>Tr时(定时截尾χ:检验用统计量n:试验产品总数Ti:为发生第I个产品的总累积时间T:为试验中止时所有受试产品的总累积试验时间.当第R个故障发生时试验立即中止,T=Tr否则其它时间中止,有T>TrC:为置信度,常取90%或95%.f(c,m)=0.5*CHIINV(1-C,2m)Ui1 T若例某产品进行可靠性增长试验,T1200小时,30次,具体故障时间及对应的产品累积MTBF值见下表.III123456789m

Ln(T)T )计算每个的对数值:=LN(1200/2.8)=6.06, 得出χ的统计值取显著水平α=0.1,得f(0.9,30)=0.5*CHIINV(0.1,2*30)=37.22<χ=57.8,下该产品具有明显的可靠性增长趋势若按U检验法统计U=- mTimU 2=(12105-30*1200/2)/(1200*SQRT(30/12))=-TAMSAA(armymaterielsystem ysisactivity)装备系统分析中心认为产品进行可靠性增长试验截止时间T时,其具有的MTBF点估计值为: ,其中am,bm 接上例:尺度参数a=30/1200^0.508=0.818 形状参数b=(30-1)/57.07=0.508因此产品在增长试验结束T=1200小时,MTBF点估计值为:78.8小时.

80%的置信区间上、下限估计值，可由下式，先查得系数π1=0.687时间截尾θL(T)=π1θ(T)=0.687*78.8=54.1小 即该产品经过1200小时的可靠性增长试验后,我们有80%把握断言其MTBF达到54.1~112.4小 另附:定数截尾:θL(T)=ρ1θ(T) 可靠性方框图(RBD-RELIABILITYBLOCKDIAGRAMS)通常用于表示系统的可靠RmRRSR1R2RiRm例：设R1=0.7R2=0.8R3=0.9则RS=?FsF1F2FiFmmRs1Fs1Fm1(1R1)(1R2)(1R3)...*(1Rs1(1R1)(1R2)(1R3)1(10.63)(10.63

RS

系统的可靠度为多数表决系统真值法、概率展开分析法、法等；这里不作叙述。振荡器都不能工作，因此是串联模型（。CLCL图 图等分配法EqualApportionmentTechniquen个系统串联,其中每一个分系统分配同样的可靠性指标.这种方法主要的缺点是不按达到这些指标的难易程度来分配系统指标.方法模型如下:n1R1

RiR)n当i1,2,3例:设有一个计划中的通讯系统,由3个分系统组成,其中每一分系统都必须工作,系统才能工作这些分