电子元器件可靠性试验的定义与原理
电子元器件可靠性试验的定义与原理
可靠性试验的定义
电子元器件的可靠性指标通常用失效率(A)来表示。而对电子设备而言,除特种设备 外,一般是可以修复的,其可靠性指标往往用平均无故障工作时间(MTBF)来表示。电子 产品的可靠性指标不同于产品的电气性能指标,它有时间性、综合性和统计性等特点,它不能像电气性能指标那样直接用仪器、仪表测量。一般是通过下面两种途径获得:
一是通过把产品在现场使用的累汁时间和累计失效数,经数理统计方法处理获得。这种数据叫产品现场使用可靠性的统计平均值。或者是有计划有目的地将产品放在现场 使用的典型条件下工作一个规定的时间,根据累计工作时间和累计失效数经数理统计方 法处理获得。这种数据叫产品现场可靠性试验验证值。获得产品现场可靠性试验验证值 的方法叫现场可靠性试验。
二是通过在实验室里进行可靠性试验的方法获得产品的可靠性指标。这种方法是在 实验室里用一种规定的和受控的工作条件及环境条件,模拟现场的使用条件和产品在现 场所遇到的环境应力进行试验,将累计试验时间和累计失效数经数理统计方法处理获得。 这种数据叫产品可靠性试验的验证值。
这样,对“什么是可靠性试验”的问题,可以简单地回答为:为评价分析产品的可靠性 而进行的试验,就叫可靠性试验。也可以这样说,凡是为提髙产品可靠性(如老炼和筛选 试验)、考核产品可靠性(如例行试验)、评价产品可靠性.(如寿命试验)和分析产品可靠性 (如失效分析试验)的试验通称可靠性试验。除特别注明外,通常所称的可靠性试验,就是 指室内的模拟可靠性试验。BP:在实验室里,用模拟现场工作条件和环境条件进行试验, 借以确定电子元器件可靠性的方法,就叫做可靠性试验。
应该特别指出,电子元器件的可靠性试验方法和要求与电子设备的可靠性试验方法 和要求是不完全一样的。对电子元器件的可靠性试验来说,既包含有模拟现场使用条件 的一般失效率试验,又包含有大应力强度的加速寿命试验。而对电子设备而言,则是指模 拟现场工作条件和环境条件而进行的可靠性试验。
所以,任何与故障或故障效应有关的试验都可认为是可靠性试验。广义而言,每种试 验(包括环境试验、例行试验、筛选试验等)的最终目的都是为了提高产品质量,每当观察 到失效时,都要认真记录和进行深入细致的失效机理分析,进行质量反馈。
老炼期
在这个阶段中由于存在早期失效,失效率较高。这个区域通常也称为早期失效区。 其特点是产品的失效率随时间的增长而迅速下降。
使用寿命期
通常也称偶然失效区。这一阶段的特点是时间长,产品的失效率,并且稳定为一
个常数。
耗损期
在这一阶段中由于有寿命期的元器件开始老化产生老化失效,失效率较高。这个区 域通常也称耗损失效区。其特点是产品失效率随时间增加而增加,表现为机械零件损坏, 元器件大量衰老,故这个区域也可称为衰老期。
通常,可靠性试验是在使用寿命期中进行,因为用户对这一阶段最感兴趣。当产品处 工作时间产品寿命期失效率曲线 在使用寿命期内,只要工作时间相同,产品的可靠度是相等的,因为其失效率为常数,事实 上产品总是“像新的那样好”,此时还没有产生能引起产品失效的性能退化耗损。在整个 使用寿命期内,在同一工作期限内,产品的随机失效的概率是相同的,失效率不受时间或 “年龄”影响。对设备而言,在使用寿命期间经过某些使用和维修之后,没有什么理由会使 MTBF发生变化。
当设备处于使用寿命期内时,其失效率非常低,如图1.4.1中的A。故MTBF非常 高,有时可达几千小时,几万小时,甚至更高。然而如果设备的MTBF为1万小时,并不 意味着设备可用1万小时而无故障。根据图1. 2.1所示的指数分布的可靠度函数,当设 备工作时间等于其MTBF时,设备成功的概率即设备的可靠度只有36. 8%。所以 MTBF只能表示一个设备在其使用寿命期内的可靠程度,它与耗损寿命无关。具有较高 可靠性水平的元器件,只要它工作时间不超过规定的使用寿命,那就可以组成很可靠的系 统。然而,我们必须记住,即便是可靠性非常髙的系统也会发生某些偶然失效。
一般,可靠性试验是在使用寿命期内进行的,但有时也可能在其他寿命期内,这时就 应该特别注意。产品在不同的寿命期内做可靠性试验时,其失效与时间关系曲线的特征 是不一样的,相应的可靠度函数也是不一样的。因此,统计试验方案、判决标准及试验结 果数据的分析与处理方法也是不一样的。