可靠性定義:產品在規定的條件下和規定的時間內,完成規定功能的能力。
該定義明確指出評價一個產品的可靠性,與規定的工作條件和規定的工作時間有關,也與規定產品應完成的功能有關。 而 “三個規定”是理解可靠性概念的核心。
“產品”:新版ISO9000中定義的硬件和流程性材料等有形產品以及軟件等無形產品。
在這里,我只把“產品”定義縮小為零件,元器件,部件,設備或系統。
規定的工作條件:指產品工作時所處的環境條件、負荷條件和工作方式。
環境條件一般分為氣候環境和機械環境。負荷條件是指電子元器件所承受的電、熱、力等應力的條件。工作方式一般分為連續工作或間斷工作,不工作的情況屬于存貯狀態。
氣候環境:溫度、濕度、氣壓、鹽霧、霉菌、輻射等
機械環境:振動,沖擊,碰撞、跌落、離心、搖擺等
電應力:靜電,浪涌,過電壓,過電流,噪聲
溫度應力:高溫,低溫,溫度循環
規定的時間:“規定的時間”是指評價電子元器件的可靠性和規定的時間有關。可靠性本身就是時間的函數,要保持電子元器件全部性能處于良好的工作狀態,時間長比時間短更困難。在同一工作條件下,保持的時間越長可靠性越高。所以,在討論電子元器件可靠性時,必須指明在多長時間內的可靠性。
平均壽命:元器件平均故障間隔時間(MTBF):整機設備
1.2可靠性試驗的目的
可靠性試驗是對產品進行可靠性調查、分析和評價的一種手段。試驗結果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產品是否達到指標要求提供依據。具體目的有:
(1) 發現產品的設計、元器件、零部件、原材料和工藝等方面的各種缺陷;
(2) 為改善產品的完好性、提高任務成功性、減少維修人力費用和保障費用提供信息;
(3) 確認是否符合可靠性定量要求。
1.3可靠性常用術語和主要特征量
可靠性是一項重要的質量指標,只是定性描述就顯得不夠,必須使數量化,這樣才能進行**的描述和比較。可靠性的定量表示有其自己的特點,由于使用場合的不同,還難用一個特征量來完全代表。
?可靠度R或可靠度函數R(t)
產品的可靠度是指產品在規定條件下和規定時間內,完成規定功率的功率.
假設規定的時間為t,產品的壽命為T,在一批產品中的壽命有毒T>t,也有的 T≤t,從概率論角度可將可靠度表示為T>t的概率,即
R(t)=P(T>t)
在數值上,某個事件的概率可以用試驗中的該事件發生的頻率來估計。例如取N0個產品進行試驗,若在規定的時間t內有r(t)個產品失效,則此時還有N0-r(t)個產品可以完成規定的功能。在N0足夠大時,可靠度的估計值為
從可靠度的定義可知,可靠度是對一定的時間而言的,如果規定時間的不同,可靠度的數值也不同。因此,可靠度R是時間t的函數,固又稱為可靠度函數R(t)。
?累積失效概率F(t)
累積失效概率——是產品在規定條件和規定時間內失效的概率,其值等于1減可靠度。也可說產品在規定條件和規定時間內完不成規定功能的概率,故也稱為不可靠度,它同樣是時間的函數,記作F(t)。有時也稱為累積失效分布函數(簡稱失效分布函數)。其表示式為:
從上述定義可以得出:F(0)=0,F(∞)=1。
由此可見,R(t)和F(t)互為對立事件。失效分布函數F(t)與時間關系曲線如圖1-4所示。
?失效概率密度f(t)
失效概率密度——是累積失效概率對時間的變化率,記作f(t)。它表示產品壽命落在包含t的單位時間內的概率,即產品在單位時間內失效的概率。其表示式為:
?失效率λ(t)
失效率——是工作到某時刻尚未失效的產品,在該時刻后單位時間內發生失效的概率。記作λ(t),稱為失效率函數,有時也稱為故障率函數。
按上述定義,失效率是在時刻t 尚未失效的產品在t~t+Δt 的單位時間內發生失效的條件概率,即:
λ(t)反映t 時刻失效的速率,故也稱為瞬時失效率。
2.1電子元器件的失效規律
每個電子元器件的失效雖然是個隨機事件,是偶然發生的,但是大量元器件的失效卻呈現出一定的規律性。從產品的壽命特征來分析,大量使用和試驗結果表明,電子元器件的失效率曲線符合“浴盆曲線”,可以劃分為三段:早期失效段、恒定(隨機或偶然)失效段、耗損失效段。
?早期失效段
早期失效段,也稱早期故障階段。早期失效出現在產品壽命的較早時期,產品裝配完成即進入早期失效期,其特點是故障率較高,且隨工作時間的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工藝缺陷和設計缺陷暴露產生,例如原材料缺陷引起絕緣不良,焊接缺陷引起虛焊,裝配和調整不當引起參數漂移,元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環境應力篩選等嚴格的質量管理措施加以暴露和排除。
?偶然失效期
偶然失效期是在早期失效期之后, 此階段是電子元器件的正常工作期, 其特點是失效率比早期失效率低得多, 而且穩定, 失效率幾乎與時間無關, 近似為一常數。電子元器件的使用壽命就是指這一時期。這一時期的失效是由偶然不確定因素所引起的, 失效發生的時間也是隨機的。
?耗損失效期
電子元器件工作的后期稱為耗損失效期, 此階段的特點剛好與早期失效期相反, 失效率隨工作時間增加而迅速上升。耗損失效是由于元器件長期使用而產生的損耗、磨損、老化、疲勞等原因所引起的, 是電子元器件的壽命終結。
在實際中元器件不一定都會出現上述的三個階段,
在成批的電子元器件中, 有些元器件的失效率曲線是遞增型、有些是遞減型, 而有些則是常數型, 如圖所示。浴盆曲線可看成是三種失效率曲線的疊加合成。
2.2可靠性試驗項目的分類
?可靠性篩選
定義:在產品制造過程中,將不符合要求的產品(包括成品、半成品)剔除,而將符合要求的產品保留下來的試驗過程稱為篩選。
注意在產品制造過程中,對各種工藝質量的檢驗,成品、半成品的性能參數測試都要進行篩選。
目的:篩選目的是為剔除早期失效的產品。
篩選應注意的問題:
① 可靠性篩選可以提高一批產品使用的可靠性,但并不能提高每一個產品的固有可靠性,因為篩選不能改變失效機理而延長任何單個元器件的壽命,它只是剔除早期失效的產品后使剩下產品的平均壽命比篩選前平均壽命提高了。
② 篩選不同于質量驗收。質量驗收是通過抽樣檢驗判定一批產品是否合格從而決定接收或拒收,而篩選是對于合格產品地進行試驗,以剔除早期失效產品。
③ 篩選應力要選擇好,不要對好產品造成損傷。
常用篩選方法
?檢查篩選:包括顯微鏡檢查篩選,紅外線非破壞性檢查篩選,x射線非破壞性檢查篩選?。
密封性篩選:液浸檢漏篩選,濕度試驗篩選。
環境應力篩選:振動,離心加速度,沖擊,溫度循環等。
?壽命篩選:高溫貯存,功率老化等
2.3環境應力篩選試驗
原理:環境應力篩選是通過向電子裝備施加合理的環境應力和電應力,將其內部的潛在缺陷加速變成故障,以便人們發現并排除。
環境應力篩選是裝備研制生產的一種工藝手段,篩選效果取決于施加的環境應力、電應力水平和檢測儀表的能力。施加應力的大小決定了能否將潛在的缺陷在預定時間內加速變為故障;檢測能力的大小決定了能否將已被應力加速變成故障的潛在缺陷找出來,以便加以排除。因此,環境應力篩選又可看作是產品質量控制檢查和測試過程的延伸。
2.4壽命試驗和加速壽命試驗
?壽命試驗的定義
評價分析產品壽命特征的試驗。產品的失效率、平均壽命等可靠性特征量反映了產品的壽命特征。
?壽命試驗的作用
了解產品壽命分布的統計規律以作為可靠性分析的基礎,作為制定篩選條件和改進產品質量的依據。
?壽命試驗的分類
按試驗進行的時間分:長期壽命試驗和加速壽命試驗
按欲測定各階段可靠性可分為:貯存壽命試驗和工作壽命試驗
按進行試驗的截尾方式可分為:非截尾試驗和截尾試驗,截尾試驗又分為定數截尾和定時截尾。
?各類壽命試驗的定義或含義
長期壽命試驗:模仿正常工作應力進行的壽命試驗,該試驗需要較長的時間。
加速壽命試驗:是在既不改變產品的失效機理又不增加新的失效因子的前提下,提高試驗應力,加速產品失效進程的一種試驗試法。這種試驗可以用較短的時間快速的評價產品的可靠性。
具體又分為恒定應力加速壽命試驗、步進應力加速壽命試驗、序進應力加速壽命試驗。
貯存壽命試驗:產品在規定的環境條件下進行非工作狀態的存放試驗。
通過貯存試驗可以了解產品在特定環境條件下的貯存可靠性。如解決貯存期間的參數變化規律,能否保持原有的可靠性指標,貯存期可多長等。