《可靠性设计与试验》PPT课件
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可靠性试验简介PPT课件
9 5/22/08
AOS 可靠性试验
Item
Test Name （试验名）
Condition （条件）
1
HTS
High Temperature Storage （高温储存试验）
温度=150度, 无偏压 500hrs, 1000hrs
2
HTGB
High Temperature Gate Bias （高温Gate偏压试验）
▪ 目的：评估器件在电和温度作用下的持久能力 ▪ Reference: JESD22-A108
150℃/ 80%Vdsmax
13 5/22/08
ESD test
♦ Electrostatic Discharge (ESD，静电放电) is a
single-event, rapid transfer of electrostatic charge between two objects, usually resulting when two objects at different potentials come into direct contact with each other. ♦ ESD是通过直接接触或电场感应等潜在引起的不同静电在 物(人)体间的非常快速的电荷转移的一个强电流现象 ♦ 它会破坏或损害半导体器件而导致其电性能退化及损害.
16 5/22/08
CDM ESD
♦ CDM：Charged Device Mode （器件放电模式）.
♦ 器件放电模式ESD测试：带静电元器件上的静电向低电压 物体释放的现象 ▪ Reference: JESD22-C101
17 5/22/08
Precon
♦ 预处理试验： 评估器件在包装，运输 ，贴片过程中的
AOS 可靠性试验
Item
Test Name （试验名）
Condition （条件）
1
HTS
High Temperature Storage （高温储存试验）
温度=150度, 无偏压 500hrs, 1000hrs
2
HTGB
High Temperature Gate Bias （高温Gate偏压试验）
▪ 目的：评估器件在电和温度作用下的持久能力 ▪ Reference: JESD22-A108
150℃/ 80%Vdsmax
13 5/22/08
ESD test
♦ Electrostatic Discharge (ESD，静电放电) is a
single-event, rapid transfer of electrostatic charge between two objects, usually resulting when two objects at different potentials come into direct contact with each other. ♦ ESD是通过直接接触或电场感应等潜在引起的不同静电在 物(人)体间的非常快速的电荷转移的一个强电流现象 ♦ 它会破坏或损害半导体器件而导致其电性能退化及损害.
16 5/22/08
CDM ESD
♦ CDM：Charged Device Mode （器件放电模式）.
♦ 器件放电模式ESD测试：带静电元器件上的静电向低电压 物体释放的现象 ▪ Reference: JESD22-C101
17 5/22/08
Precon
♦ 预处理试验： 评估器件在包装，运输 ，贴片过程中的
可靠性设计与试验
6
表12-1 半导体分立器件通用质量系数
种类 晶 体 管 二 极 管 π
Q
质量等级 双 极 型 场 效 应 闸 流 单 结 普 通 电流调整 微 波
应力筛选
2.5 失 效 率 2.0
1.5
1.0
100○应力条件 125○应力
0.5
225○应力 100 240小时
例如某厂半导体3DG32加300毫瓦功率进行摸底试 验，得到试验时间与失效率的数据如表
t 单位小时
% ／小时
0.1 120
1 26.8
10 0.46
30 0.16
表中看出经 300 毫瓦功率 10 小时可靠性筛 选以后，其失效率可以下降 250 倍。
5t d TS 1464 小时
12.3.电子产品的可靠性预计
• 产品的可靠性预计是在产品定型过程中， 从元器件的可靠性参数，经过试验结果与 理论的分析计算，对产品可能达到的可靠 性水平进行一种预测过程。 • 产品可靠性预计的目的是为了落实产品定 量化的可靠性指标，为使产品达到规定的 可靠性要求，并为今后改进产品的可靠性 提供理论的基础。
2 10 0 1 例12-1：设， 0 ， ／小时，从100个元件中，其中次 品有10个，求达到系统 S 0.005 ／小时和0.0012／小时的
筛选时间。
1 1 1 1 t d 1 10 1 2 3 100(1 0.5 0.33 0.25 0.2 0.164 0.143 0.125 0.111 0.1) 100( 2.928) 292.8小时
可靠性设计内容
• 最大限度地提高固有可靠性，其中包括：原件的选择与管理，降额 设计，参数设计与漂移设计，环境防护，贮备设计，设计的简化与分 析，这些措施都有利于提高系统的固有可靠性。 • 设计中考虑降低生产与使用过程中可靠性的退化问题，进行退化分 析，维修设计措施，包括早期故障的判断，故障分析等。 • 制定元件的筛选或老练方案，可靠性试验。元件选择及管理有以下 几个内容： • 确定完成所需功能元件类型及预期的工作环境。 • 确定元件的临界值，（额定值）,如果超过这个值有可能失效而 • 出现危险情况等， • 确定元件的质量等级。 • 可靠性分配与优化设计，重要度分析也是设计中的重要任务。 • 费用设计，费用的估计和分配技术。 • 可靠性分配与优化 • 可靠性审查与评估 • 储备设计方法
表12-1 半导体分立器件通用质量系数
种类 晶 体 管 二 极 管 π
Q
质量等级 双 极 型 场 效 应 闸 流 单 结 普 通 电流调整 微 波
应力筛选
2.5 失 效 率 2.0
1.5
1.0
100○应力条件 125○应力
0.5
225○应力 100 240小时
例如某厂半导体3DG32加300毫瓦功率进行摸底试 验，得到试验时间与失效率的数据如表
t 单位小时
% ／小时
0.1 120
1 26.8
10 0.46
30 0.16
表中看出经 300 毫瓦功率 10 小时可靠性筛 选以后，其失效率可以下降 250 倍。
5t d TS 1464 小时
12.3.电子产品的可靠性预计
• 产品的可靠性预计是在产品定型过程中， 从元器件的可靠性参数，经过试验结果与 理论的分析计算，对产品可能达到的可靠 性水平进行一种预测过程。 • 产品可靠性预计的目的是为了落实产品定 量化的可靠性指标，为使产品达到规定的 可靠性要求，并为今后改进产品的可靠性 提供理论的基础。
2 10 0 1 例12-1：设， 0 ， ／小时，从100个元件中，其中次 品有10个，求达到系统 S 0.005 ／小时和0.0012／小时的
筛选时间。
1 1 1 1 t d 1 10 1 2 3 100(1 0.5 0.33 0.25 0.2 0.164 0.143 0.125 0.111 0.1) 100( 2.928) 292.8小时
可靠性设计内容
• 最大限度地提高固有可靠性，其中包括：原件的选择与管理，降额 设计，参数设计与漂移设计，环境防护，贮备设计，设计的简化与分 析，这些措施都有利于提高系统的固有可靠性。 • 设计中考虑降低生产与使用过程中可靠性的退化问题，进行退化分 析，维修设计措施，包括早期故障的判断，故障分析等。 • 制定元件的筛选或老练方案，可靠性试验。元件选择及管理有以下 几个内容： • 确定完成所需功能元件类型及预期的工作环境。 • 确定元件的临界值，（额定值）,如果超过这个值有可能失效而 • 出现危险情况等， • 确定元件的质量等级。 • 可靠性分配与优化设计，重要度分析也是设计中的重要任务。 • 费用设计，费用的估计和分配技术。 • 可靠性分配与优化 • 可靠性审查与评估 • 储备设计方法
《可靠性试验》PPT课件
2021/2/15
Reliability Text
26
可靠性增长试验的效益
2021/2/15
Reliability Text
27
可靠性增长试验的效益
2021/2/15
Reliability Text
28
可靠性增长的数学模型
定义： 是一个数学式，描述了产品在可靠性增长试验过程中产品
可靠性的增长规律或总趋势 目的： 1、使可靠性增长做到有计划（试验时间和增长速度） 2、能动态评估当前的可靠性水平 3、能预测将来的可靠性水平 种类，近十种： 图分析法——杜安（Duane）模型：简单易于理解 统计分析法——AMSAA模型：坚实的统计学基础
2021/2/15
Reliability Text
34
加速寿命试验（ALT）
1、用加大应力，而又不改变故障机理的办法，使产品的故障发生得到加速， 称之为ALT；
2、根据ALT结果可以外推正常使用条件下的产品寿命； 3、尤其对于长寿命、高可靠产品，只能ALT
2021/2/15
Reliability Text
2021/2/15
Reliability Text
5
可靠性试验的分类
现场（外场）可靠性试验
在使用现场实际使用状态下进行的可靠性试验
优点： ①可获得产品的使用可靠性； ②真实的使用条件(包括环境条件、工作条件、使用维护条件）； ③费用小； ④子样大； 缺点： ①数据收集和分析较困难，信息丢失多、数据准确性和完整性差； ②不能严格控制试验条件，随机性大； ③试验（故障）再现的可能性低； ④组织管理工作复杂。
35
五、可靠性试验的实施
可靠性试验的实施要素 1、试验条件 2、故障和故障判据 3、剖面（寿命、任务、环境、试验） 4、可靠性试验大纲（计划） 5、可靠性试验标准 6、……
可靠性试验培训 PPT课件
设备能力 温度：105.0~133.3℃（at 100%RH）
110.0~140.0℃（at 85%RH） 118.0~150.0℃（at 65%RH） 湿度：65~100%RH 精度：温度±0.5℃/湿度±3%RH（at 85%RH） 常规条件： ①130℃，85%RH ②110℃，85%RH
高加速寿命试验箱
可靠性试验项目
高温贮存试验 HTST High Temperature Storage
试验目的： 评定产品承受长时间施加高温应力下工作或贮存的适应能力。
标准 JESD22-A102
JESD22-A110 JESD22-A118
JESD22-A113
GB/T 4587
GB/T 4587 JESD22-A108 GB/T 2423.28 JESD22-B106 JESD201 JESD22-A121
可靠性常用试验
常规试验分类
气候环境试验 高温贮存试验（HTST） 稳态湿热试验 （THT） 低温贮存试验（LTST） 高压蒸煮试验（PCT） 温度循环试验（TCT） 高速老化寿命试验（uHAST)
湿度对产品的影响：腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌
14
环境应力与失效的关系
3 冷热温度冲击对产品的影响 高温和低温的失效都会反映在冷热温度冲击试验中，冷热冲击试验只是 加速了高温和低温失效的产生。下面归纳了实际生产或使用环境中存在 的具有代表性的冷热温度冲击环境，这些冷热冲击环境常常是导致产品 失效的主要原因。 1．温度的极度升高导致焊锡回流现象出现； 2．启动马达时周围器件的温度急速升高，关闭马达时周围器件会出现温 度骤然下降； 3．设备从温度较高的室内移到温度相对较低的室外，或者从温度相对较 低的室外移到温度较高的室内； 4．设备可能在温度较低的环境中连接到电源上，导致设备内部产生陡峭 的温度梯度。在温度较低的环境中切断电源可能会导致设备内部产生相 反方向陡峭的温度梯度； 5．设备可能会因为降雨而突然冷却； 6．当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材可能会出现温度的急 剧变化。
110.0~140.0℃（at 85%RH） 118.0~150.0℃（at 65%RH） 湿度：65~100%RH 精度：温度±0.5℃/湿度±3%RH（at 85%RH） 常规条件： ①130℃，85%RH ②110℃，85%RH
高加速寿命试验箱
可靠性试验项目
高温贮存试验 HTST High Temperature Storage
试验目的： 评定产品承受长时间施加高温应力下工作或贮存的适应能力。
标准 JESD22-A102
JESD22-A110 JESD22-A118
JESD22-A113
GB/T 4587
GB/T 4587 JESD22-A108 GB/T 2423.28 JESD22-B106 JESD201 JESD22-A121
可靠性常用试验
常规试验分类
气候环境试验 高温贮存试验（HTST） 稳态湿热试验 （THT） 低温贮存试验（LTST） 高压蒸煮试验（PCT） 温度循环试验（TCT） 高速老化寿命试验（uHAST)
湿度对产品的影响：腐蚀、离子迁移、扩散、水解、爆裂、霉菌
14
环境应力与失效的关系
3 冷热温度冲击对产品的影响 高温和低温的失效都会反映在冷热温度冲击试验中，冷热冲击试验只是 加速了高温和低温失效的产生。下面归纳了实际生产或使用环境中存在 的具有代表性的冷热温度冲击环境，这些冷热冲击环境常常是导致产品 失效的主要原因。 1．温度的极度升高导致焊锡回流现象出现； 2．启动马达时周围器件的温度急速升高，关闭马达时周围器件会出现温 度骤然下降； 3．设备从温度较高的室内移到温度相对较低的室外，或者从温度相对较 低的室外移到温度较高的室内； 4．设备可能在温度较低的环境中连接到电源上，导致设备内部产生陡峭 的温度梯度。在温度较低的环境中切断电源可能会导致设备内部产生相 反方向陡峭的温度梯度； 5．设备可能会因为降雨而突然冷却； 6．当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材可能会出现温度的急 剧变化。
可靠性试验PPT课件
t ˆ ln 1
1r / n
例8-3 已知条件同例8-1，求使累积失效概率达到60％时， 在300℃，250 ℃和200℃下贮存寿命试验的截止时间。
8.4.4 指数分布条件下试验产 品可靠性评估
1.寿命试验分类 2.完全寿命试验时产品可靠性评估 3.截尾寿命试验时产品可靠性评估
1、寿命试验分类
单项环境试验 综合环境试验
较真实、较可靠、速度快、设备复杂、费用昂贵
高低温交变试验箱/高低温交变湿热试验箱/高低温实验箱/恒定湿热试验箱
8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.4.1 寿命试验的分类及概念 8.4.2 寿命试验的设计问题 8.4.3 指数分布条件下寿命试验的设计 8.4.4 指数分布条件下产品可靠性评估
老炼：使仪器或设备性能参数稳定的过程
8.3 环境适应性试验
环境试验的方法
现场使用试验 真实、准确、试验周期长、花费大
天然暴露试验 方法简单、成本低、速度慢、试验周期长
人工模拟试验
常用的环境模拟试验项目：低温、高温、热冲击、温度循 环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰 撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试 验等
1 eu2 / 2du
2
第八章 可靠性试验
程真英 仪器科学与光电工程学院
主要内容
8.1 可靠性试验概述 8.2 可靠性筛选和电子元器件老炼 8.3 环境适应性试验 8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.1 可靠性试验概述
可靠性试验：为了评价或提高产品可靠性而进 行的试验
分类：
筛选试验、验证试验、测定试验、鉴定试验 模拟试验、现场试验 环境试验、寿命试验、加速试验、各种特殊试验 破坏性试验、非破坏性试验 筛选试验、环境试验 、寿命试验 、现场使用试验、
1r / n
例8-3 已知条件同例8-1，求使累积失效概率达到60％时， 在300℃，250 ℃和200℃下贮存寿命试验的截止时间。
8.4.4 指数分布条件下试验产 品可靠性评估
1.寿命试验分类 2.完全寿命试验时产品可靠性评估 3.截尾寿命试验时产品可靠性评估
1、寿命试验分类
单项环境试验 综合环境试验
较真实、较可靠、速度快、设备复杂、费用昂贵
高低温交变试验箱/高低温交变湿热试验箱/高低温实验箱/恒定湿热试验箱
8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.4.1 寿命试验的分类及概念 8.4.2 寿命试验的设计问题 8.4.3 指数分布条件下寿命试验的设计 8.4.4 指数分布条件下产品可靠性评估
老炼：使仪器或设备性能参数稳定的过程
8.3 环境适应性试验
环境试验的方法
现场使用试验 真实、准确、试验周期长、花费大
天然暴露试验 方法简单、成本低、速度慢、试验周期长
人工模拟试验
常用的环境模拟试验项目：低温、高温、热冲击、温度循 环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰 撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试 验等
1 eu2 / 2du
2
第八章 可靠性试验
程真英 仪器科学与光电工程学院
主要内容
8.1 可靠性试验概述 8.2 可靠性筛选和电子元器件老炼 8.3 环境适应性试验 8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.1 可靠性试验概述
可靠性试验：为了评价或提高产品可靠性而进 行的试验
分类：
筛选试验、验证试验、测定试验、鉴定试验 模拟试验、现场试验 环境试验、寿命试验、加速试验、各种特殊试验 破坏性试验、非破坏性试验 筛选试验、环境试验 、寿命试验 、现场使用试验、
《可靠性试验》课件
确定试验样品的数量和类型
确保试验样品的质量和性能符 合要求
准备试验样品的包装和运输
确保试验样品的安全和保密性
进行试验
确定试验目的和需求 设计试验方案和计划 准备试验设备和材料
执行试验操作和记录数据 分析试验结果和评估可靠性 编写试验报告和总结
记录和分析试பைடு நூலகம்数据
记录试验数据：详细记录试验过程中的所有数据，包括时间、温度、湿度、压力等 数据整理：将试验数据按照时间、温度、湿度、压力等分类整理，便于分析 数据分析：对试验数据进行统计分析，包括平均值、标准差、置信区间等 结果评估：根据数据分析结果，评估试验的可靠性，并提出改进措施
电子设备：如手机、电脑等，确保产品在
0各种环境下的稳定性和可靠性 3
航空航天：如飞机、卫星等，确保产品在
0各种极端环境下的稳定性和可靠性 5
工业设备：如工业机器人、数控机床等， 确保产品在各种工业环境下的稳定性和可 靠性
0 2
汽车行业：如汽车发动机、刹车系统等，
0确保产品在各种路况下的稳定性和可靠性 4
可靠性评估和预测技术的应用
电子设备：用于评估电子设备的可靠性，预测其使用寿命 机械设备：用于评估机械设备的可靠性，预测其故障率 汽车行业：用于评估汽车的可靠性，预测其安全性能 航空航天：用于评估航空航天设备的可靠性，预测其安全性能
06
可靠性试验的应用领域和发展趋势
可靠性试验在各领域的应用
0 1
安全性可靠性试验：评 估产品在规定条件下的 安全性能
电磁兼容性可靠性试验： 评估产品在电磁环境中 的性能表现
软件可靠性试验：评估 软件在规定条件下的性 能表现和稳定性
03
可靠性试验的程序和步骤
制定试验计划
确保试验样品的质量和性能符 合要求
准备试验样品的包装和运输
确保试验样品的安全和保密性
进行试验
确定试验目的和需求 设计试验方案和计划 准备试验设备和材料
执行试验操作和记录数据 分析试验结果和评估可靠性 编写试验报告和总结
记录和分析试பைடு நூலகம்数据
记录试验数据：详细记录试验过程中的所有数据，包括时间、温度、湿度、压力等 数据整理：将试验数据按照时间、温度、湿度、压力等分类整理，便于分析 数据分析：对试验数据进行统计分析，包括平均值、标准差、置信区间等 结果评估：根据数据分析结果，评估试验的可靠性，并提出改进措施
电子设备：如手机、电脑等，确保产品在
0各种环境下的稳定性和可靠性 3
航空航天：如飞机、卫星等，确保产品在
0各种极端环境下的稳定性和可靠性 5
工业设备：如工业机器人、数控机床等， 确保产品在各种工业环境下的稳定性和可 靠性
0 2
汽车行业：如汽车发动机、刹车系统等，
0确保产品在各种路况下的稳定性和可靠性 4
可靠性评估和预测技术的应用
电子设备：用于评估电子设备的可靠性，预测其使用寿命 机械设备：用于评估机械设备的可靠性，预测其故障率 汽车行业：用于评估汽车的可靠性，预测其安全性能 航空航天：用于评估航空航天设备的可靠性，预测其安全性能
06
可靠性试验的应用领域和发展趋势
可靠性试验在各领域的应用
0 1
安全性可靠性试验：评 估产品在规定条件下的 安全性能
电磁兼容性可靠性试验： 评估产品在电磁环境中 的性能表现
软件可靠性试验：评估 软件在规定条件下的性 能表现和稳定性
03
可靠性试验的程序和步骤
制定试验计划
可靠性设计、分析、试验技术(可靠性工程师培训PPT)
素的影响。
产品可靠性还可分为基本可靠性和任务可靠性。 基本可靠性是产品在规定条件下无故障的持续时间或 概率，它反映产品对维修人力的要求。因此在评定产品基 本可靠性时应统计产品的所有寿命单位和所有故障，而不 局限于发生在任务期间的故障，也不局限于是否危及任务 成功的故障。 任务可靠性是产品在规定的任务剖面内完成规定功能 的能力。评定产品任务可靠性时仅考虑在任务期间发生的 影响完成任务的故障。
平均故障间隔时间（MTBF）
一个可修产品在使用过程中发生了 次故障，每次 N
0
故障修复后又重新投入使用，测得其每次工作持续时间 为t1 , t2 , …t N 。其平均故障间隔时间MTBF为：
0
1 N0 T MTBF ti N 0 i 1 N0
贮存寿命
产品在规定条件下贮存时，仍能满足规定质量要求
平均故障前时间（MTTF）
设 N 个不可修复的产品在同样条件下进行试验，
0
测得其全部故障时间为 t1 , t 2 , …t N 。其平均故障前时间
0
（MTTF）为：
1 N0 MTTF ti N 0 i 1
当产品的寿命服从指数分布时，
MTTF e t dt 1 /
0
设计特性是指与保障有关的设计特性， 如与可靠性和维修性有关的，以及保障资 源要求产品所具有的设计特性。这些设计 特性可以通过设计直接影响产品的硬件和 软件。如使设计的产品便于操作、检测、 维修、装卸、运输、消耗品（油、水、气、 弹）补给等设计特性。从保障性角度看， 良好的保障设计特性是使产品具有可保障 特性或者说所设计的产品是可保障的。
保障资源是保证产品完成平时和战时 使用的人力和物力。从保障性的角度看， 充足的并与产品匹配完善的保障资源说明 产品是能得到保障的。 产品具有可保障的特性和能保障的特 性才是具有完整保障性的产品。
可靠性设计PPT课件
0 R(t) 1
（4-2）
可靠度是评价产品可靠性的最重要的定量指标之一。
例4-1 某批电子器件有1000个，开始工作至500h内有100个失效， 工作至1000h 共有500个失效，试求该批电子器件工作到500h 和1000h 的可靠度。
解： 由已知条件可知： N 1000, n(500) 100, n(1000) 500 。
(1) 传统设计方法是将安全系数作为衡量安全与否的指标，但 安全系数的大小并没有同可靠度直接挂钩，这就有很大的盲目性。
可靠性设计与之不同，它强调在设计阶段就把可靠度直接引进 到零件中去，即由设计直接确定固有的可靠度。
(2) 传统设计方法是把设计变量视为确定性的单值变量并通过 确定性的函数进行运算，而可靠性设计则把设计变量视为随机变量 并运用随机方法对设计变量进行描述和运算。
F (t) n(t) N
（4-3）
其中，F(t) 也称不存活率。当 N 时，lim F(t) F(t) ，即为该产品的 N
不可靠度。
由于失效和不失效是相互对立事件，根据概率互补定理，两对 立事件的概率和恒等于1，因此 R(t)与 F(t) 之间有如下的关系：
R(t) F(t) 1
（4-4）
固有可靠性与产品的材料、设计与制造技术有关。
使用可靠性是产品在使用中的可靠性，它与产品的运输、贮藏保 管以及使用过程中的操作水平、维修状况和环境等因素有关，所有这 些与使用相关的可靠性称为使用可靠性。
据国外统计资料表明：
● 电子设备故障原因中属于产品固有可靠性部分占了80%： 其中设计技术占40%，器件和原材料占30%，制造技术占10%；
dt
dt
（4-7）
式(4-4)和式(4-7)给出了产品的可靠度R (t)、失效概率密度函数 f (t)
可靠性设计ppt课件
一般当N足够大 R(t) NNf (t) N
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
大学CAD中心
现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可靠性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
因为０≤Ｎf (t)≤Ｎ，故０≤Ｒ(t)≤１
现代设计方法
2）不可靠度(Faulty)
不可靠度或失效概率；指在规定的条件下和规 定的时间内，产品功能失效的概率。 产品的失效概率也是时间的函数，用F(t)表示 ，称为失效概率函数。
显然
现代设计方法
R(t)P(t) F (t) ( t) 1 R (t)
f(t)
f(t)dF (t)dR (t)
dt
dt
f(t)
失效概率
F(t)
t
f (t)dt
0
F(ta)
R(ta)
0
ta
t
可靠度 R(t)1F(t) f(t)dt t
图1-3 f(t)与F(t)
现代设计方法
4）失效率（故障率）
• 工作到时刻 t尚未失效的产品，在这t 时刻后，在单
现代设计方法
可 靠 性 设 计（1）
Reliability Design ——可靠性概述
大学CAD中心
现代设计方法
本讲主要内容
可靠性基本概念和特点 可靠性设计的常用指标 可靠性设计常用分布函数
现代设计方法
1.可靠性设计的概念与特点
• 什么是可靠性？
• 可靠性的由来
1952年，美国国防部成立了“电子设备可靠性咨询小组（AGREE）” ，1957年发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告，提出了在生 产、试制过程中产品可靠性指标进行试验、验证和鉴定的方法，以及包 装、储存、运输过程中的可靠性问题及要求。这份报告被公认是电子产 品可靠性工作的奠基性文件。至此，可靠性理论的研究开始起步，并逐 渐在世界范围内展开，可靠性工程开始形成一门独立的工程学科。
可靠性鉴定与验收试验ppt课件
纠正措施系1统9
二、掌握GJB899的一般要求 __可靠性验证试验
• 可靠性鉴定试验
为验证产品设计是否达到规定的可靠性要 求，由订购方认可的单位按选定的抽样方 案，抽取有代表性的产品在规定的条件下 所进行的试验。
• 可靠性验收试验
为验证批生产产品是否达规定的可靠性要 求，在规定条件下所进行的试验。
• 要考虑到，产品不能在极端环境条件下长时 间工作，也是不客观的==。
•3/9/测2024试点应是明确的，测试方法应是规定的 33
四、记录试验进程
• 1、样本确定==
• 2、所有样本应分别明确施加应力的强度和 顺序，组合应力的方式。
• 3、试验过程记录应清晰可追溯==时间积累 应是清晰明确的
• 4、试验期间与产品相关的问题均应记录， 并详细记录记录处理过程。
功能的状态。
3/9/2024
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基本名词术语(来源：GJB451A)
• 系统性故障：由某一固有因素引起，以特 定形式出现的故障。它只能通过修改设计、 工艺、操作程序或其他关联因素来消除。
• 偶然故障：由偶然因素引起的故障。
• 重复故障：同一种产品在同样的或等效的 使用方式中出现两次或两次以上的故障， 且引起这些故障的基本机理相同。
– R s=ΠRi 理论研究充分，试验基础充实，运算简单易行
一、大家都这么算!
二、不这么算不好算!
三、实验拟合程度合理(尽管并不是完全拟合)
理论研究已经表明，对电子产品适用非指数(或负指 数)分布只能导致更为宽松的评估结果，或者说，指数分 布是对产品更为严格的要求。
理论研究已经证明，复杂电子产品系统级的评估，与单体
3/9/2024 案下产品被接收或拒收的可能。
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100(2.928) 292.8小时
5td TS 1464小 时
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12.3.电子产品的可靠性预计
• 产品的可靠性预计是在产品定型过程中， 从元器件的可靠性参数，经过试验结果与 理论的分析计算，对产品可能达到的可靠 性水平进行一种预测过程。
• 产品可靠性预计的目的是为了落实产品定 量化的可靠性指标，为使产品达到规定的 可靠性要求，并为今后改进产品的可靠性 提供理论的基础。
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筛选分类
• 检查筛选：显微镜检查,红外线非破坏检查,X射 线非破坏检查
• 密封性筛选：很多元器件是在密封条件才能正 常，检查漏气是十分重要的一项提高可靠性的措 施，如氦检或效射性检漏。
• 环境应力筛选：振动加速度筛选,冲击加速度筛 选,离心加速度筛选 20000g~100000g加速度, 温度冲击筛选 （－40C~85C冲击锗器件） （－55C~125C冲击硅器件）
• 制定元件的筛选或老练方案，可靠性试验。元件选择及管理有以下 几个内容：
• 确定完成所需功能元件类型及预期的工作环境。 • 确定元件的临界值，（额定值）,如果超过这个值有可能失效而 • 出现危险情况等， • 确定元件的质量等级。 • 可靠性分配与优化设计，重要度分析也是设计中的重要任务。 • 费用设计，费用的估计和分配技术。 • 可靠性分配与优化 • 可靠性审查与评估 • 储备设计方法
• 可靠性筛选只能剔除一批元件中早期失效元件， 而不能提高产品的可靠性的固有数值。例如工艺 上的缺陷，设计上的问题无法从筛选中排除，分布的变化，它是一种非破坏性试验。
• 可靠性筛选是对100％元件进行试验，不是抽 样试验。
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• 寿命储存筛选:（i）高温储存筛选,（ii）功率老 化筛选
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应力筛选
2 .5 失 效 率 2.0
1 .5
1 .0
0 .5
100○应 力 条 件 125○应 力
225○应 力
100
240小 时
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例如某厂半导体3DG32加300毫瓦功率进行摸底试 验，得到试验时间与失效率的数据如表
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可靠性设计内容
• 最大限度地提高固有可靠性，其中包括：原件的选择与管理，降额 设计，参数设计与漂移设计，环境防护，贮备设计，设计的简化与分 析，这些措施都有利于提高系统的固有可靠性。
• 设计中考虑降低生产与使用过程中可靠性的退化问题，进行退化分 析，维修设计措施，包括早期故障的判断，故障分析等。
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可靠性预计的目的
• 1、定量地给出产品的可靠性预计指标； • 2、通过预计了解产品的各元器件之间的可 • 靠性关系，并为改进和提高产品的可靠 • 性提供依据； • 3、找出产品中的薄弱环节，为改进产品可 • 靠性提供措施； • 4、通过可靠性预计与分配，节约开发费 • 用；
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①可靠性预计的计数法
n
GS Ni (GQ)i
i1
式中：GS ──设备总失效率，10-6/h；
Gi ──第i种元器件的通用失效率，10-6/h；
Qi ──第i种元器件的通用质量系数；
Ｎi ──第i种元器件的数量；
n ──设备所用元器件的种类数目。
举 例 ： 三 极 管 2N2222A： PGQ0.0942.40.4512106/小 时
• ④P值直接反映试验前该批产品的可靠性水 平，即当P值增加，产品可靠性急剧下降。
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例12-1：设，0 ，0 1 ／10小2 时，从100个元件中，其中次品
有10个，求达到系统 S ／0.小005时和0.0012／小时的筛选时 间。
td
1
1
1
1 2
1 3
110
100(10.50.330.25 0.20.164
仍高，仍然必须整批报废。
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PDA技术可简述
• ①事先确定PDA的控制值，如质量S级的产 品，PDA的控制值选3%，质量B级选5%等。
• ②经规定的试验筛选后，有失效数为r，投 入试验的产品数N，则定义批缺陷率P=r/N
• ③将P与PDA值比较，如P值大，则该批拒 收。如P值不大，则通过该试验。
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12.2 元器件的筛选
• 可靠性筛选的目的是尽快地缩短早期失效 期并把失效率降低到可接受水平上。利用 加速或增加应力条件温度可以加快筛选速 度，表明同一种产品在不同条件下失效率 不是相同的，因此在进行可靠性试验时就 可以提高应力条件，使早期失效在较短的 时间内剔除。
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可靠性筛选的特点
t单 位 小 时 0.1
% ／ 小 时 120
1 26.8
10 0.46
30 0.16
表 中 看 出 经 3 0 0毫 瓦 功 率 1 0小 时 可 靠 性 筛 选 以 后 ， 其 失 效 率 可 以 下 降 2 5 0倍 。
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筛选中的PDA值控制技术
• PDA是Percent Defective Allowable的缩写。 意为“批允许不合格率”。PDA不是试验方法， 而是一种试验控制技术。PDA技术的引入使筛选 的作用有一个质的飞跃。在引入前，筛选只是 100%的“过筛”，不合格的全“筛”下去，合 格的当然都将会使用，但这些合格器件的失效率 仍是个未知数。PDA技术能部分解决这个问题。 应用它能分辨出某批电路将来使用时失效率将较 低，而某批电路“过筛”后的“合格”品失效率
第十二章 可靠性设计与试验
• 12.1 概论 • 12.2 元器件的筛选 • 12.3.电子产品的可靠性预计 • 12.4 降额设计 • 12.5 漂移失效（marginal failure）的设计 • 12.6 机械可靠性概率设计:干涉理论 • 12.7可靠性试验
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12.1 概论
• 在高费用及通货膨胀时代，获得有效的备 用系统的关键是：在最低费用的基础上得 到性能，可靠性及系统其它参数之间的折 衷平衡。它们之间有一定的矛盾，这就要 求设计人员能够掌握更新的设计方法，以 较快的周期更新产品，设计人员必须使用 户在产品的性能，可靠性，维修性及费用 几个方面达到可接受的平衡关系。在确定 了可靠性，维修性，费用，性能的设计指 标以后求解它们的最优方案。