可靠性講義20160812

1、可靠性基礎(chǔ)產(chǎn)品發(fā)展部：羅 堅(jiān)（內(nèi)部資料 密級(jí)管理）一、質(zhì)量和可靠性 1、質(zhì)量 2、可靠性二、可靠性概念 1、可靠性定義 2、可靠性基本術(shù)語(yǔ)三、可靠性測(cè)試 1、可靠性測(cè)試目的 2、可靠性測(cè)試 3、HALT & HASS & ORT四、可靠性增長(zhǎng) 1、MTBF設(shè)計(jì)目 2、可靠性模型 3、可靠性分配 五、可靠性設(shè)計(jì)1、降額設(shè)計(jì)2、冗余設(shè)計(jì)3、熱設(shè)計(jì)4、EMC設(shè)計(jì)5、田口設(shè)計(jì)六、 可靠性常見(jiàn)分布1、指數(shù)分布2、威布爾分布3、對(duì)數(shù)正態(tài)分布七、可靠性現(xiàn)狀及舉例 1、設(shè)計(jì)舉例 2、元器件舉例 3、存儲(chǔ)和貼裝舉例八、可靠性提升計(jì)劃 質(zhì)量： 滿足或超越客戶的需求和期待值。Quality of M

2、anagementQuality of ProcessesQuality of Products & Services 可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。Design QualitySupplier QualityMfg QualityProduct QualityInfrastructure QualityReliability* Mfg = Manufacturing 可靠性定義產(chǎn)品指零件，元器件，部件，設(shè)備或系統(tǒng)。規(guī)定的條件工作條件：電壓，負(fù)載，使用方法，維修方法，輸出功率等。環(huán)境條件：溫度，濕度，壓力，振動(dòng)，沖擊，電場(chǎng)，磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)等。儲(chǔ)存條件：運(yùn)輸，

3、保管等。 規(guī)定的時(shí)間 指產(chǎn)品的生命周期（如交換機(jī)壽命20年，手機(jī)壽命5年，手機(jī)劃蓋 工作壽命6萬(wàn)次，汽車壽命30萬(wàn)公里等）規(guī)定的功能 指產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)條件中所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)性能（技術(shù)指標(biāo)）。 可靠度 （電子產(chǎn)品服從指數(shù)分布）R=e-t 可靠性基本術(shù)語(yǔ)故障 指產(chǎn)品不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài)。（故障分類 GB/T 3187-94）應(yīng)力 外界各種環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的破壞力 氣候應(yīng)力：高溫，低溫，潮濕，干燥，氣壓，日光，鹽霧等。 機(jī)械應(yīng)力：跌落，振動(dòng)，沖擊，離心加速度等。 生物及化學(xué)環(huán)境應(yīng)力：昆蟲(chóng)，霉菌，工業(yè)大氣，化學(xué)溶劑等。 電氣應(yīng)力：電壓，電流，靜電，電磁場(chǎng)，射線等。MTBF（Mean Time Betw

4、een Failures） 指產(chǎn)品相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間-平均故障間隔（可維修）。失效率 指產(chǎn)品在 t 時(shí)刻失效的可能性，是失效間隔時(shí)間的倒數(shù)維修性 在規(guī)定條件下并按規(guī)定程序和手段實(shí)施維修，產(chǎn)品在規(guī)定使用條件 下保持或恢復(fù)執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。 MTBF1=可靠性測(cè)試目的研發(fā)階段：對(duì)試樣進(jìn)行可靠性測(cè)試，找出產(chǎn)品在原材料，結(jié)構(gòu)，工藝，環(huán)境適應(yīng)性等方面所存在的問(wèn)題，而加以改進(jìn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)與改進(jìn)提高產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。中試階段：當(dāng)新產(chǎn)品定型后，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)條件進(jìn)行鑒定試驗(yàn)，以便全面考核產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo)。生產(chǎn)過(guò)程中：監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定程度（監(jiān)控原材料質(zhì)量變差或性能下降和工藝流程失

5、控）。目的總結(jié) 通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在失效模式 (Failure Mode) 探求失效機(jī)理 (Failure Mechanism) 優(yōu)化研發(fā)設(shè)計(jì)，工藝流程 (Optimize design and process) 監(jiān)控原材料，工藝流程的改變 (Monitor raw material and process)可靠性測(cè)試類型1.高溫運(yùn)行和貯存（IEC60068-2-2)高溫運(yùn)行（研發(fā)）：T max 產(chǎn)品技術(shù)條件溫度上限高溫貯存（研發(fā)）：一般取T max + 20 2.低溫運(yùn)行和貯存 (IEC60068-2-1)低溫運(yùn)行（研發(fā)）：T min 產(chǎn)品技術(shù)條件溫度下限低溫貯存（研發(fā)）： 一般為 - 40

6、 3.在 - 40 下保持1h，在30秒內(nèi)溫度切換到T max + 20下保持1h，一般共做24個(gè)循環(huán)4.交變濕熱 (IEC60068-2-30) 一般高溫（55 ）低濕（93%），低溫（25 ）高濕（98%）循環(huán)6次，每個(gè)循環(huán)24小時(shí)濕度控制在5%左右可靠性測(cè)試類型5.鹽霧實(shí)驗(yàn)濃度為5%的NaCl溶液，時(shí)間24小時(shí)/168小時(shí)交變鹽霧測(cè)試參考 IEC60068-2-38, IEC60068-2-14, IEC60068-2-67, IEC60068-2-11, IEC60068-2-3, IEC60068-2-306.淋雨實(shí)驗(yàn) 考查產(chǎn)品的密封性（流量：10L/min；距離：0.5米；時(shí)間：5

7、分鐘；10分鐘或明或20分鐘）7.耐化學(xué)品實(shí)驗(yàn)?zāi)痛夹詼y(cè)試：無(wú)水酒精（99.5%），棉簽，砝碼，搽拭循環(huán)耐KOH, H2S, SO2耐化妝品測(cè)試：凡士林護(hù)手霜耐手汗測(cè)試（氨水1.07%; 氯化鈉0.48%; 水98.45%） 可靠性測(cè)試類型8.冷啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品在低溫下保持0.52小時(shí)，然后開(kāi)機(jī)，產(chǎn)品應(yīng)能正常工作以上過(guò)程重復(fù)3次以上9.開(kāi)關(guān)電實(shí)驗(yàn)在高溫，低溫和濕熱條件下各開(kāi)關(guān)電3次以上，重復(fù)10次以上10.附著力實(shí)驗(yàn)用刀片在測(cè)試樣本表面劃10*10個(gè)1mm*1mm小網(wǎng)格，用3M膠紙粘在測(cè)試小格上，并用橡皮擦用力擦拭膠帶，用手抓住膠帶一端在垂直方向（90）迅速扯下膠帶，重復(fù)2次11.振動(dòng)實(shí)驗(yàn)工作狀態(tài)：

8、IEC60068-2-6運(yùn)輸狀態(tài)：IEC60068-2-64 可靠性測(cè)試類型12.跌落實(shí)驗(yàn) (Free Fall Test and Random Free Fall Test)六面八角十二棱測(cè)試條件按照美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-81013.EMC（Electric Magnetic Capability）EMI Electric Magnetic Interference 電磁干 （GB9254）EMS Electric Magnetic Susceptibility 電磁敏感 （GB/T17626）14. 其他實(shí)驗(yàn) 防塵防水，生物，日曬，雷擊，浪涌。 HALT & HASS &

9、 ORT1.HALT Highly Accelerated Life Test 高加速壽命試 （用在研發(fā)階段）HALT施加的應(yīng)力以遞增的形式變化，激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中潛伏 的各種缺陷，直到產(chǎn)品的破壞極限HALT試驗(yàn)是在超出規(guī)范極限以外進(jìn)行，具有很高的效率在HALT試驗(yàn)中出現(xiàn)的潛在失效模式是在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)所出現(xiàn)的HALT的目的是查明和排除設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，評(píng)估產(chǎn)品可靠 性，不評(píng)估因制造引起的失效為HASS試驗(yàn)的應(yīng)力類型和應(yīng)力量級(jí)選擇提供依據(jù)HALT試驗(yàn)過(guò)程：試驗(yàn) 修正 再試驗(yàn) 修正 再試驗(yàn) - . . .試驗(yàn)：溫度應(yīng)力 - 高速溫度傳導(dǎo) - 隨機(jī)振動(dòng) - 溫度與振動(dòng)合并應(yīng)力（有時(shí)候會(huì)加入電壓循環(huán)應(yīng)力）HAL

10、T & HASS & ORTHASS Highly Accelerated Stress Screen 高加速應(yīng)力篩選 -（用在生產(chǎn)制造量產(chǎn)階段）目的是在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)量產(chǎn)成品是否有工藝品質(zhì)上的不良存在 將HALT合并應(yīng)力中的高、低溫度的可操作界限縮小20%振動(dòng)條件則以HALT破壞界限值的50%為基準(zhǔn) ORT On going Reliability Test 可靠性測(cè)（用于大量生產(chǎn)制造階段）監(jiān)控生產(chǎn)制程和來(lái)料的質(zhì)量穩(wěn)定性HALT和HASS需試驗(yàn)設(shè)備：液氮快速制冷箱，氣動(dòng)式三軸六自由度振動(dòng)臺(tái)，多應(yīng)力綜合試驗(yàn)系統(tǒng)（可選）MTBF設(shè)計(jì)目標(biāo)值 為了使產(chǎn)品的MTBF達(dá)到一定的最基本的

11、要求，在設(shè)計(jì)階段所定目標(biāo)值最小是實(shí)現(xiàn)使用要求值的4倍（一般510倍）可靠性模型可靠性方框圖和可靠性數(shù)學(xué)模型產(chǎn)品典型可靠性模型有串聯(lián)和并聯(lián)模型可靠性分配等分配法（將MTBF均分到各個(gè)模塊）評(píng)分分配法 （根據(jù)QFD來(lái)分配各部件MTBF） 注：QFD Quality Functional Deployment （質(zhì)量功能展開(kāi)） 降額設(shè)計(jì)指構(gòu)成電子設(shè)備的元器件使用中所承受的應(yīng)力（電應(yīng)力和溫度應(yīng)力）低于元器件本身的額定值，以達(dá)到延緩其參數(shù)退化，增加工作壽命，提高可靠性。降額降得太多，選用元器件在性能就應(yīng)該越好，成本也就越高，所以須綜合考慮另外有些元器件不可以降額使用尤其是低質(zhì)量元件 *如聚苯乙烯電容器，

12、降額太大易產(chǎn)生低電平失效*降額通用標(biāo)準(zhǔn)元器件降額準(zhǔn)則一覽表 冗余設(shè)計(jì)冗余設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)而言之就是用一臺(tái)（套）或多臺(tái)（套）相同單元（系統(tǒng)）構(gòu)成并聯(lián)（可采用熱備冗余、溫備冗余、冷備冗余等方式），當(dāng)其中的一套單元發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作的設(shè)計(jì)技術(shù)。 冗余設(shè)計(jì)會(huì)增加系統(tǒng)的體積和成本只需要選取可靠性薄弱環(huán)節(jié)或?qū)?zhí)行任務(wù)及安全性影響至關(guān)重要的單元進(jìn)行此類設(shè)計(jì)如果提高單元的元器件可靠性可以與進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)有相同可靠性水平，那就選用高可靠性元器件尤其對(duì)長(zhǎng)期工作的通訊產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)目的：避免產(chǎn)品在過(guò)高溫度下工作，避免參數(shù)漂移，保持電氣性能穩(wěn)定，提升產(chǎn)品可靠性，延長(zhǎng)使用壽命電子設(shè)備中熱設(shè)計(jì)必須滿足兩個(gè)條件；把系統(tǒng)和元器

13、件的溫度限定在一定的范圍內(nèi)；盡量使系統(tǒng)各點(diǎn)間的溫差最小 熱設(shè)計(jì)包括散熱設(shè)計(jì)技術(shù)和致冷設(shè)計(jì)技術(shù)常用技術(shù)：傳導(dǎo)，自然對(duì)流，輻射，熱敏器件遠(yuǎn)離熱源或屏蔽，增加表面黑度提高輻射換熱能力，導(dǎo)熱管，避免熱風(fēng)回流（進(jìn)氣口和排氣口有足夠距離），強(qiáng)迫通風(fēng)和自然通風(fēng)方向一致等 EMC設(shè)計(jì)EMC Electric Magnetic Compatibility EMI Electric Magnetic Interference （干擾別人 ）EMS Electric Magnetic Susceptivity （別人干擾自已 ）EMC 三要素干擾源敏感設(shè)備傳播途徑設(shè)計(jì)方法靜電放電防護(hù)（屏蔽結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)接地等）屏蔽接地

14、濾波內(nèi)部設(shè)計(jì)（PCB板）三次設(shè)計(jì)法（田口玄一設(shè)計(jì)法）系統(tǒng)設(shè)計(jì)（提出初始設(shè)計(jì)方案）TRIZ (Theory of Inventive Problem Solving) 發(fā)明問(wèn)題的解決理論DFMEA (Design Failure Mode and Effect Analysis)參數(shù)設(shè)計(jì)（尋求參數(shù)的最佳搭配，提高可靠性）靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)（DOE Design of Experiment ）能滿足使用環(huán)境條件的最低質(zhì)量等級(jí)的元件和性價(jià)比高的加工精度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)容差設(shè)計(jì)（對(duì)關(guān)鍵器件以合適的公差范圍）望目質(zhì)量損失函數(shù)望小質(zhì)量損失函數(shù)望大質(zhì)量損失函數(shù)貢獻(xiàn)率法（單因素和多因素）指數(shù)分布（正向傾斜分布）產(chǎn)品首次發(fā)

15、生故障的時(shí)間或發(fā)生故障后需維修時(shí)間服從方程 500400300200100020100指數(shù)FrequencyR=e-t Weibull 分布（威布爾分布）威布爾分布是根據(jù)最弱環(huán)節(jié)模型或串聯(lián)模型得到的，能充分反映材料缺陷和應(yīng)力集中源對(duì)材料疲勞壽命的影響，而且具有遞增的失效率，所以，將它作為材料或零件的壽命分布模型或給定壽命下的疲勞強(qiáng)度模型是合適的。方程： 對(duì)數(shù)正態(tài)分布 (Lognormal Distribution)對(duì)數(shù)正態(tài)分布主要要用來(lái)描述圓柱螺旋彈簧、軸向受載螺栓、齒輪的接觸疲勞及彎曲疲勞、軸以及鋼、鋁合金等的疲勞壽命分布 方程： 010020030001020Frequency正態(tài) 設(shè)計(jì)舉例 1、MC33152供電冗余不夠?qū)е缕骷龤?3V9更改為6V8) 2、限流電阻冗余設(shè)計(jì)不夠，導(dǎo)致電流大（1K