電源產(chǎn)品可靠度MTBF原理

1、MTBF&產(chǎn)品可靠度驗(yàn)證產(chǎn)品可靠度驗(yàn)證 隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對(duì)電子設(shè)備也提出了更高的要求,由于設(shè)備技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)要求等方面的提高,可靠性問題愈顯突出,如果沒有可靠性保證,高性能指標(biāo)是沒有任何意義的. 一一. .可靠度的基本概念可靠度的基本概念現(xiàn)代用戶買產(chǎn)品就是買可靠性,對(duì)生產(chǎn)廠家來說,可靠性就是信譽(yù),就是市場(chǎng),就是經(jīng)濟(jì)效益.從整機(jī)來講,可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理中,從部件、元器件的角度來講,電子元器件的可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)的可靠性程度?？煽啃詫儆谫|(zhì)量的范疇,是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間函數(shù),從基本概念上講,可靠性指標(biāo)與質(zhì)量的性能指標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容是不同的,可靠性的基本概念與時(shí)間有關(guān),這些基本概念的

2、具體化,就是產(chǎn)品故障或壽命特征的數(shù)學(xué)模型化,只有通過可靠性試驗(yàn)才能確定產(chǎn)品故障或壽命特征符合哪一種數(shù)學(xué)分布,才可以決定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo),進(jìn)而推算產(chǎn)品的可靠程度,在可靠性工程中,最常見的壽命分布函數(shù)有指數(shù)分布,威布爾分布,對(duì)數(shù)正態(tài)分布和正態(tài)分布. 二二. .可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類電子設(shè)備的可靠性指標(biāo)是一些綜合性、統(tǒng)計(jì)性的指標(biāo)，與質(zhì)量性能指標(biāo)完全不同，不可能用儀表、儀器或其它手段得到結(jié)果，而是要通過試驗(yàn)，從試驗(yàn)的過程中取得必要的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)據(jù)分析，處理才能得到可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)量?？煽啃灾笜?biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依靠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或模擬現(xiàn)場(chǎng)條件試驗(yàn)，一般說電子設(shè)備的可靠性試驗(yàn)可以分為研制階段

3、的試驗(yàn)，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，元器件老煉試驗(yàn)，極限試驗(yàn)，負(fù)荷及過負(fù)荷試驗(yàn)，過載能力試驗(yàn)等，這類試驗(yàn)的目的是了解設(shè)計(jì)是否滿足了可靠性指標(biāo)的要求，找出或排除設(shè)計(jì)與制造過程中的缺限和不足，證明設(shè)計(jì)可靠性能否實(shí)現(xiàn).對(duì)于不同的電子設(shè)備，所要達(dá)到的目的不同，可以進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)形式也就各異.因此可靠性試驗(yàn)對(duì)于電子設(shè)備來說是一個(gè)系統(tǒng)工程，溫度、振動(dòng)、沖擊及高溫壽命、加速壽命等試驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。 三三.MTBF術(shù)語術(shù)語MTBF:即平均無故障時(shí)間英文全稱:Mean Time Between Failure定義:衡量一個(gè)產(chǎn)品（尤其是電器產(chǎn)品）的可靠性指標(biāo),單 位為“小時(shí)”.它反映了產(chǎn)品的時(shí)間質(zhì)量

4、,是體現(xiàn)產(chǎn)品在 規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持功能的一種能力.具體來說,是指相鄰 兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障間 隔,它僅適用于可維修產(chǎn)品,同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使 用階段累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF ,磁 盤陣列產(chǎn)品一般MTBF不能低于50000小時(shí)。 四四. MTBF測(cè)試原理測(cè)試原理1. 1.加速壽命試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn) (Accelerated Life Testing)(Accelerated Life Testing) 1.1 執(zhí)行壽命試驗(yàn)的目的在于評(píng)估產(chǎn)品在既定環(huán)境下之使用 壽命. 1.2 常規(guī)試驗(yàn)耗時(shí)較久,且需投入大量的金錢,而產(chǎn)品可靠度 信息又不能及時(shí)獲得并加以改善. 1.3

5、 可在實(shí)驗(yàn)室里以加速壽命試驗(yàn)的方法,在可接受的試驗(yàn)時(shí) 間里評(píng)估產(chǎn)品的使用壽命. 1.4 是在物理與時(shí)間上,加速產(chǎn)品的劣化肇因,以較短的時(shí)間 試驗(yàn)來推定產(chǎn)品在正常使用狀態(tài)的壽命或失效率.但基本 條件是不能破壞原有設(shè)計(jì)特性. 1.5 一般情況下, 加速壽命試驗(yàn)考慮的三個(gè)要素是環(huán)境應(yīng) 力,試驗(yàn)樣本數(shù)和試驗(yàn)時(shí)間. 1.6 一般電子和信息業(yè)的零件可靠度模式及加速模式幾乎 都可以從美軍規(guī)范或相關(guān)文獻(xiàn)查得,也可自行試驗(yàn)分析, 獲得其數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式. 1.7 如果溫度是產(chǎn)品唯一的加速因素,則可采用阿氏模型 (Arrhenius Model),此模式最為常用. 1.8 引進(jìn)溫度以外的應(yīng)力,如濕度,電壓,機(jī)械應(yīng)力等

6、,則為 愛玲模型(Eyring Model),此種模式適用的產(chǎn)品包括電燈, 液晶顯示組件,電容器等.1.9 反乘冪法則(Inverse Power Law)適用于金屬和非金屬材 料,如軸承和電子裝備等.1.10 復(fù)合模式(Combination Model)適用于同時(shí)考慮溫度 與電壓作為環(huán)境應(yīng)力的電子材料(如電容如下式為電 解電容器壽命計(jì)算公式)1.11 一般情況下,主動(dòng)電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和信息類成品也可適用阿氏模型,原因是成品類的失 效模式是由大部分主動(dòng)式電子零件所構(gòu)成.因此,阿氏 模型廣泛應(yīng)用于電子,信息行業(yè).2. 2. 阿氏模型的加速因子阿氏模型的加速因子 2.1 阿氏模

7、型起源于瑞典物理化學(xué)家Svandte Arrhenius 1887 年提出的阿氏反應(yīng)方程式. R: :反應(yīng)速度 speed of reaction A:溫度常數(shù) a unknown non-thermal constant EA:活化能 activation energy (eV) K:Boltzmann常數(shù),等于8.623*10-5 eV/0K. T:為絕對(duì)溫度(Kelvin) 2.2 加速因子 加速因子即為產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測(cè)試應(yīng) 力條件下(Laccelerated)的壽命的比值. 如果產(chǎn)品壽命適用于阿氏模型,則其加速因子為:AF=eEa/K(1/Ts-1/Tu) Ts

8、:室溫+常數(shù)273 Tu:高溫+常數(shù)273 K: :Boltzmann常數(shù),等于8.623*10-5 eV/0K. 2.3 加速因子中活化能Ea的計(jì)算 2.3.1 一般電子產(chǎn)品在早夭期失效之Ea為0.20.6Ev,正 常有用期失效之Ea趨近于1.0Ev;衰老期失效之Ea 大于1.0Ev. 2.3.2 根據(jù) HP 可靠度工程部(CRE)的測(cè)試規(guī)范,Ea是機(jī) 臺(tái)所有零件Ea的平均值.如果新機(jī)種的Ea無法計(jì) 算,可以將Ea設(shè)為0.67Ev,做常數(shù)處理. 2.3.3 但是,Dell和Motorola機(jī)種的Ea因客戶有特殊要求 須設(shè)為0.6Ev. 2.3.4 如按機(jī)臺(tái)所有零件Ea的平均值來計(jì)算,則可按以

9、 以例證參考進(jìn)行.注注:對(duì)各類電子零部件其對(duì)各類電子零部件其Ev值可按上述參考值進(jìn)行計(jì)算值可按上述參考值進(jìn)行計(jì)算 五五. MTBF推算方法推算方法 1. 由MTBF定義可知,規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工作 時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF, 指數(shù)(Exponential)分布 是可靠度統(tǒng)計(jì)分析中使用最普遍的機(jī)率分布.指數(shù)分布 之MTBF數(shù)值為失效率的倒數(shù),故一旦知道值,即可 由可靠度函數(shù)估算產(chǎn)品的可靠度. MTBF= Total Operating(Hrs)/Total Failures 2. MTBF的估計(jì)值符合卡方分配原理, 其語法為: CHIINV(probability,degrees_

10、freedom)或2X(probability,degrees_freedom) 故有以下公式:MTBFTrlower222212(,)MTBFTrupper22212(,)T= Total Hoursr=Number of failures =Confidence interval注: If there are no failures then:(如果未有不良發(fā)生) MTBFlower = T/-ln(Confidence Interval) 六六.DMTBF計(jì)算計(jì)算DMTBF:平均無故障時(shí)間驗(yàn)證英文全稱:Demonstration Mean time Between failures 計(jì)算

11、方法:以溫度為加速壽命試驗(yàn)且采用阿氏加速壽命模式 (Arrhenius Model) 計(jì)算公式:(實(shí)際使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便計(jì)算時(shí)數(shù))Duration =(MTBFDuration =(MTBFspecspec/2)/2)* * GEM GEMfactorfactor/(DC/(DC* *Sample sizeSample size* *AfAfpowrpowr* *AF)AF) Duration:持續(xù)測(cè)試時(shí)間 MTBFspec:平均無故障時(shí)間 GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù) DC: Duty cycle占空比 Sampl

12、e size:樣本數(shù) Afpower:加速系數(shù) AF:加速因子謝經(jīng)理謝經(jīng)理:此公式是華億現(xiàn)此公式是華億現(xiàn)行的公式行的公式,但和但和LITOIN企企業(yè)的不一樣業(yè)的不一樣,LITOIN的公的公式里沒有式里沒有2這個(gè)分母這個(gè)分母,所以所以按此公式算按此公式算,華億在做壽華億在做壽命測(cè)試時(shí)時(shí)間要比命測(cè)試時(shí)時(shí)間要比LITOIN的短的短,請(qǐng)確認(rèn)請(qǐng)確認(rèn)1. Duration:持續(xù)測(cè)試時(shí)間 即一個(gè)單位或幾個(gè)單位的樣品在進(jìn)行壽命試驗(yàn)時(shí)總的需 要測(cè)試的時(shí)間2. GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù) 此指數(shù)一般取常數(shù),其取值標(biāo)準(zhǔn)為按照Confidence Level進(jìn) 行

13、取值,常用的值為80%信心水平取3.22;而90%信心水平 時(shí)取2.3026.(華億現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)均采用80%信心水平)3. DC: Duty cycle占空比 即在機(jī)臺(tái)進(jìn)行開關(guān)運(yùn)行過程中,運(yùn)行時(shí)間占總時(shí)間的百 分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為: 45min/(45min+15min)=0.754. Sample size:樣本數(shù) 根據(jù)實(shí)際狀況確認(rèn)的作壽命試驗(yàn)的機(jī)臺(tái)數(shù)5. MTBFSpec:平均無故障時(shí)間 規(guī)格書上訂明的機(jī)臺(tái)MTBF時(shí)間數(shù)6. AFpower:加速系數(shù) 即在機(jī)臺(tái)進(jìn)行開關(guān)運(yùn)行過程中,1小時(shí)時(shí)間和一個(gè)Cycle的 ON和OFF時(shí)間之和的比值,如: 機(jī)臺(tái)選擇25

14、min ON/5min OFF則Afpower值為: AFpower=60min/(25+5)min=27. AF:加速因子,產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測(cè)試應(yīng) 力條件下(Laccelerated)的壽命的比值(見2.2所述) 七七.進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)時(shí)間和取樣數(shù)的變異技巧進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)時(shí)間和取樣數(shù)的變異技巧 在進(jìn)行機(jī)種可靠性驗(yàn)證計(jì)劃時(shí),如算得的實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)過長(zhǎng),可 以以增加驗(yàn)證機(jī)臺(tái)數(shù)量按比例來減少壽命測(cè)試的時(shí)間的 修正方法,如: 在進(jìn)行可靠性計(jì)劃時(shí)如果算得的1個(gè)單位的機(jī)臺(tái)其壽命測(cè) 試時(shí)間為1280Hrs,則可以增加實(shí)驗(yàn)機(jī)臺(tái)數(shù),如使用10個(gè)單 位的機(jī)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試,而1個(gè)單位的總測(cè)試時(shí)間可平均分配 至10個(gè)單位的機(jī)臺(tái)上,即1280Hrs/10=128Hrs或7 Days 八八.實(shí)例實(shí)例1.根據(jù)客訴根據(jù)客訴/退不良計(jì)算量產(chǎn)機(jī)種退不良計(jì)算量產(chǎn)機(jī)種MTBF:70899*435*24Total Hours/Total Failures2. 2.根據(jù)根據(jù)spec MTBFspec MTBF計(jì)算可靠性驗(yàn)證時(shí)數(shù)和取樣數(shù)計(jì)算可靠性驗(yàn)證時(shí)數(shù)和取樣