可靠性试验

1. 恒加试验：选择一组加速 图示为具有4个应力水平的
应力水平：S1,S2,…,Sk， 它们都高于正常应力水平
恒加试验。”×”表示有一 个样品在该时刻失效。
S0，即S0<S1<…<Sk。然后， S 将全部样品分为k组，每 组样品都加在某个加速应 S4
力水平下进行寿命试验， S3
直到规定的试验时间或各 S2
S4 S3
×× ×× ××××
平提高到S2，将未失效的样 品在应力水平S2下继续进行 寿命试验，如此继续下去，
S2
×××
S1百度文库××
直到规定的试验时间或有一 定数量的样品发生失效为止。
0
t
8
3. 序加试验：所施加的 图示为两种不同速率
加速应力水平随时间 上升的序加试验
的增加而连续上升。
最简单的是直线上升。 S
特点：失效快
S4
×
×
S3 S2 S1
× × × ××
××
0
t
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加速模型
利用高应力水平下的寿命特征推导出正常 应力水平下的寿命特征。
关键在于确定寿命特征与应力水平之间的 函数关系。
通常是非线性的。为了便于拟合通常将非 线性关系转换为线性关系。
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阿伦尼斯(Arrhenius)模型
高温能使产品(如电子元器件、绝缘材料等)内部 加快化学反应速度，促使产品快速失效。
残余性薄弱环节：非系统性薄弱环节。
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MTTF 预计值 (固有) 规定值 最低可接受的值
第1台样机 的可靠性
组均有一定数量的样品发
生失效为止。
S1
× ×× ×
××
××
××
×
×× ×
操作简单
0
t
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2. 步加试验：选择一组加速应 力水平：S1,S2,…,Sk，它们都 高于正常应力水平S0，即 S0<S1<…<Sk。试验开始时， 将所有受试样品至于应力水
图示为具有4个应力水平的 步加试验
S
平S1下进行寿命试验，直到 规定的试验时间t1或规定的 失效数r为止；然后把应力水
和(或)减少其它失效发生的概率来实现改进 可靠性特征量的一种过程。
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可靠性增长过程
通过不断地消除产品在设计或制造中的薄弱环节， 使产品可靠性随时间而逐步提高的过程。
薄弱环节失效：当施加的应力在产品规定能力之 内时，由于产品本身的薄弱环节而引起的失效。
系统性薄弱环节：只有通过更改设计、制造工艺、操 作方法、文件或其他有关因素，或者通过排除劣质的 元器件批，才能排除或减少其影响的薄弱环节。
t p,0 t p,i
Si ~S0
称为加速应力水平Si对正常应力水平S0的p分位寿 命的加速系数，简称Si对S0的加速系数或加速因子15。
例：某器件的中位寿命加速系数为： τV1~V0 = 1.66×104
其中V0=10kV，V1=26kV，如果已知在V1下 的试验测得中位寿命为700min，则根据加 速系数可算得该器件在V0下的寿命为
ln a b / T
其中a = lnA，b = E/k 经转换后寿命特征的对数是温度倒数的线
性函数。
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逆幂率模型
在加速试验中用电应力(如电压、电流、电功率等) 作为加速应力使产品失效时，有如下关系，
A c
其中，ξ为某寿命特征，如平均寿命、中位寿命等；
A是一个正常数，c是一个与激活能有关的正常数，
t0.5,0 = τV1~V0×t0.5,1 = 1.66×104×700min = 22.1 years
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可靠性增长试验 ------可靠性增长的基本概念
GB/T15174《可靠性增长大纲》 可靠性增长：表示产品可靠性特征量随时
间逐渐改进的一种过程。 可靠性改进：通过排除系统性失效的原因
电磁脉冲
盐雾
霉菌
高强度噪声
5
环境应力筛选试验 ----加速试验
工程设计的问题是希望知道产品的理论能 力与实际能力之间的“不确定性缺口”。
错误的方法：在规定的使用环境中施加模 拟或实际应力并度量可靠度。
正确的方法：必须为了引起失效而试验， 不是为了演示成功的业绩而试验。
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加速试验的类型
第八章 可靠性试验
Reliability Test
1
可靠性试验包括
功能试验，确认设计达到了基本性能要求。 环境试验，保证设计能够在规定的环境条
件范围内工作。 统计试验，优化产品的设计和生产过程。 可靠性试验，确保产品在规定的寿命内能
无失效地工作。 安全性试验，需要时进行。
2
制定可靠性试验计划
ν是电应力，如电压。两边取对数得，
ln a bln
其中，a=lnA，b=-c。因此寿命数据的对数是电应 力对数的线性函数。
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指数型模型
美国军标MIL-HDBK-217E(1986)对各种电 容器的加速寿命试验建议使用以下模型：
AeBV
其中A，B为待定常数，V为非热量应力，如 电压。它的对数形式为
使用设计分析数据：在设计阶段完成的分 析(FMECA、FTA等)以及任何早期试验结果， 应被用于可靠性试验计划的拟定工作。
考虑变异性：变异性的主要来源是涉及把 设计转化为硬件的一系列生产过程。可靠 性试验工作必须涵盖变异性对期望的和不 期望的失效模式的影响。DOE可用来分析 多个变异源的影响。
3
AeE / kT
ξ为某寿命特征，如平均寿命、中位寿命等；A为
与产品特征、几何形状、试验方法有关的正常数； E为激活能，与材料有关，单位是电子伏特eV； k=1.38×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学 温度。E/k为激活温度。 寿命特征随温度的上升而呈指数下降趋势。
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两边取对数得，
ln a blnV
其中a=lnA，b=-B。
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加速系数
正常应力下某种寿命特征与加速应力下相应寿命 特征之比。
定义：设某产品在正常应力水平下S0的失效分布 函数为F0(t)，记tp,0为其p分位寿命，即F0(tp,0)=p。 又设某产品在加速应力水平下Si的失效分布函数 为Fi(t)，记tp,i为其p分位寿命，则两个p分为寿命 之比
耐久性：可靠性试验必须有充分的持续时 间以验证产品在预计的寿命期内有足够的 可靠性。
4
试验环境
影响大多数产品的可靠性 电子产品的因素：
的主要环境因素：
电磁效应
温度
瞬间电压
振动 冲击 湿度 功率输入和输出 灰尘 人员
特殊环境下的因素：
辐射 润滑剂 高空 真空 工业污染