电子产品的可靠性试验研究及方法

电子产品的可靠性试验研究及方法

电子产品的可靠性是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，它是电子产品质量的一个重要组成部分。一个电子产品尽管其技术性能指标很高，但

如果它的可靠性不高，它的质量就不能算是好的。

1、引言

电子产品的可靠性是指产品在规定的条件下及规定的时间内完成规定功能的能力，它是电子产品质量的一个重要组成部分。一个电子产品尽管其技术性能指标很高，但

如果它的可靠性不高，它的质量就不能算是好的。产品的可靠性不高将会给生产带来

很大损失，随着控制系统的大型化，一个系统所用的电子元件越来越多，只要其中一

个元件发生故障，一般都会导致整个系统发生故障，由此产生的经济损失将远远超过

一个元件本身的价值，所以元件的可靠性越来越重要。电子产品是否适应预定的环境

和满足可靠性指标，必须通过可靠性试验进行鉴定或考核；有时还需通过试验来暴露

产品在设计和工艺中存在的问题，通过故障分析确定主要的故障模式和发生的原因，

进而采取改进措施。所以可靠性试验不仅是可靠性活动的重要环节，也是进一步提高

产品可靠性的有效措施。

2、电子产品可靠性特点

电子产品的可靠性变化一般都有一定的规律，其特征曲线如图1所示，由于其形状象浴盆，通常称之为“浴盆曲线”。从图1可以看出，在产品试验和设计初期，由

于设计制造中的错误、软件不完善以及元器件筛选不够等原因而造成早期失效率高，

通过修正设计、改进工艺、老化元器件、以及整机试验等，使产品进入稳定的偶然失

效期；使用一段时间后，由于器件耗损、整机老化以及维护等原因，产品进入了耗损

失效期。这就是可靠性特征曲线呈“浴盆曲线”型的原因。

通常我们定义，在多次实验中，某随机事件出现的次数叫做该事件的频数。如在M次试验中，事件A出现的频数是M，则事件A出现的相对频数是M / N。在状态不变的条件下，在多实践中，事件A出现的相对频数就反映了该事件A出现的可能性。它

是事件A出现的一个大概的百分率，称为事件A概率，记为P（A）。

P（A）=M / N （N很大）（1）

所以电子产品可靠性定义中的“完成规定功能的能力”，确切的说是完成规定任务的概率。例如，设一批电子产品于t=0时出厂，到时间t时还剩N个发生故障。显然,N 是t的函数，记为N(t)。在t时还在工作的N(t)个中，单位时间出故障的百分率叫做这批电子产品的瞬时故障率，记为λ(t)。到t+ △t时，还在工作的有N(t+ △t)个，亦即在t到（t+ △t）/△t个，所以

λ(t)=[N（t）-N(t+ △t)] / N（t）△t

≈-N’(t) △t / N（t）△t

=- N’(t) / N（t）

产品故障率的倒数叫产品平均无故障时间（也称平均寿命），用它来表示可靠性水平的高低。例如，故障率等于是2%/月，即平均寿命等于50个月表示正在工作的产品中1个月会有2%出故障，这平时（50个月），大体上还有36.4%在工作，到了2倍的平均寿命时，大体上还有13.2%在正常工作。

电子产品的故障规律有其自身的特点，国内外大量可靠性试验数据都说明：正常运转期的电子产品的故障率约等于常数。其物理意义是：在任何时间，还在工作的产品，在单位时间内大体上有固定百分比的产品要出故障。例如某种大功率管的故障率为每月2%，如果出厂一万只管子，则第一个月大体上有2%即200只管子出故障，剩下9800只。第二个月内大体上又有2%即196只出故障，……，以此类推，第50个月末，大体还剩3641只。它的特点是在正常运行期内也是不断出现故障。电子产品质量的好坏在于故障率的高低，不象机械产品那样，有一个基本上不出现故障的正常工作期。

3、电子产品的可靠性试验

为了评价分析电子产品可靠性而进行的试验称为可靠性试验。试验目的通常有如下几方面：（1）在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产品可靠性达到预定指标的情况；（2）生产阶段为监控生产过程提供信息；（3）对定型产品进行可靠性鉴定或验收；（4）暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律及有关的失效模式和失效机理；（5）为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为用户选用产品提供依据。对于不同的产品，为了达到不同的目的，可以选择不同的可靠性试验方法。可靠性试验有多种分类方法，如以环境条件来划分，可分为包括各种应力条件下的模拟试验和现场试验；以试验项目划分，可分为环境试验、寿命试验、加速试验和各种特殊试验；若按试验目的来划分，则可分为筛选试验、鉴定试验和验收试验；

若按试验性质来划分，也可分为破坏性试验和非破坏性试验两大类。但通常惯用的分类法，是把它归纳为五大类，即环境试验、寿命试验、筛选试验、现场使用试验和鉴定试验。

(1) 环境试验是考核产品在各种环境（振动、冲击、离心、温度、热冲击、潮热、盐雾、低气压等）条件下的适应能力，是评价产品可靠性的重要试验方法之一。

(2) 寿命试验是研究产品寿命特征的方法，这种方法可在实验室模拟各种使用条件来进行。寿命试验是可靠性试验中最重要最基本的项目之一，它是将产品放在特定的试验条件下考察其失效（损坏）随时间变化规律。通过寿命试验，可以了解产品的寿命特征、失效规律、失效率、平均寿命以及在寿命试验过程中可能出现的各种失效模式。如结合失效分析，可进一步弄清导致产品失效的主要失效机理，作为可靠性设计、可靠性预测、改进新产品质量和确定合理的筛选、例行（批量保证）试验条件等的依据。如果为了缩短试验时间可在不改变失效机理的条件下用加大应力的方法进行试验，这就是加速寿命试验。通过寿命试验可以对产品的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高新产品可靠性水平。

(3) 筛选试验是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验。其目的是为选择具有一定特性的产品或剔早期失效的产品，以提高产品的使用可靠性。产品在制造过程中，由于材料的缺陷，或由于工艺失控，使部分产品出现所谓早期缺陷或故障，这些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保证在实际使用时产品的可靠性水平。

可靠性筛选试验的特点是：（1）这种试验不是抽样的，而是100%试验；（2）该试验可以提高合格品的总的可靠性水平，但不能提高产品的固有可靠性，即不能提高每个产品的寿命；（3）不能简单地以筛选淘汰率的高低来评价筛选效果。淘汰率高，有可能是产品本身的设计、元件、工艺等方面存在严重缺陷，但也有可能是筛选应力强度太高。淘汰率低，有可能产品缺陷少，但也可能是筛选应力的强度和试验时间不足造成的。通常以筛选淘汰率Q和筛选效果β值来评价筛选方法的优劣：合理的筛选方法应该是β值较大，而Q值适中。

上述各种试验都是通过模拟现场条件来进行的。模拟试验由于受设备条件的限制，往往只能对产品施加单一应力，有时也可以施加双应力，这与实际使用环境条件有很大差异，因而未能如实地、全面地暴露产品的质量情况。现场使用试验则不同，因为它是在使用现场进行，故最能真实地反映产品的可靠性问题，所获得的数据对于产品