可靠性設計與試驗課件

12.1概論在高費用及通貨膨脹時代，獲得有效的備用系統(tǒng)的關鍵是：在最低費用的基礎上得到性能，可靠性及系統(tǒng)其它參數(shù)之間的折衷平衡。它們之間有一定的矛盾，這就要求設計人員能夠掌握更新的設計方法，以較快的周期更新產(chǎn)品，設計人員必須使用戶在產(chǎn)品的性能，可靠性，維修性及費用幾個方面達到可接受的平衡關系。在確定了可靠性，維修性，費用，性能的設計指標以后求解它們的最優(yōu)方案。

12.1概論在高費用及通貨膨脹時代，獲得有效的備用系統(tǒng)的關1可靠性設計內(nèi)容最大限度地提高固有可靠性，其中包括：原件的選擇與管理，降額設計，參數(shù)設計與漂移設計，環(huán)境防護，貯備設計，設計的簡化與分析，這些措施都有利于提高系統(tǒng)的固有可靠性。設計中考慮降低生產(chǎn)與使用過程中可靠性的退化問題，進行退化分析，維修設計措施，包括早期故障的判斷，故障分析等。制定元件的篩選或老練方案，可靠性試驗。元件選擇及管理有以下幾個內(nèi)容：確定完成所需功能元件類型及預期的工作環(huán)境。確定元件的臨界值，（額定值）,如果超過這個值有可能失效而出現(xiàn)危險情況等，確定元件的質(zhì)量等級。可靠性分配與優(yōu)化設計，重要度分析也是設計中的重要任務。費用設計，費用的估計和分配技術?？煽啃苑峙渑c優(yōu)化可靠性審查與評估儲備設計方法可靠性設計內(nèi)容最大限度地提高固有可靠性，其中包括：原件的選212.2元器件的篩選可靠性篩選的目的是盡快地縮短早期失效期并把失效率降低到可接受水平上。利用加速或增加應力條件溫度可以加快篩選速度，表明同一種產(chǎn)品在不同條件下失效率不是相同的，因此在進行可靠性試驗時就可以提高應力條件，使早期失效在較短的時間內(nèi)剔除。

12.2元器件的篩選可靠性篩選的目的是盡快地縮短早期失效期3可靠性篩選的特點可靠性篩選只能剔除一批元件中早期失效元件，而不能提高產(chǎn)品的可靠性的固有數(shù)值。例如工藝上的缺陷，設計上的問題無法從篩選中排除，還氧樹脂龜裂就是一例。經(jīng)過篩選后的元件要求不產(chǎn)生失效機理和失效分布的變化，它是一種非破壞性試驗?？煽啃院Y選是對100％元件進行試驗，不是抽樣試驗。可靠性篩選的特點可靠性篩選只能剔除一批元件中早期失效元件，4篩選分類檢查篩選：顯微鏡檢查,紅外線非破壞檢查,X射線非破壞檢查密封性篩選：很多元器件是在密封條件才能正常，檢查漏氣是十分重要的一項提高可靠性的措施，如氦檢或效射性檢漏。環(huán)境應力篩選：振動加速度篩選,沖擊加速度篩選,離心加速度篩選20000g~100000g加速度,溫度沖擊篩選（－40C~85C沖擊鍺器件）（－55C~125C沖擊硅器件）壽命儲存篩選:（i）高溫儲存篩選,（ii）功率老化篩選篩選分類檢查篩選：顯微鏡檢查,紅外線非破壞檢查,X射線非破5應力篩選

應力篩選6例如某廠半導體3DG32加300毫瓦功率進行摸底試驗，得到試驗時間與失效率的數(shù)據(jù)如表例如某廠半導體3DG32加300毫瓦功率進行摸底試驗，得到試7篩選中的PDA值控制技術

PDA是PercentDefectiveAllowable的縮寫。意為“批允許不合格率”。PDA不是試驗方法，而是一種試驗控制技術。PDA技術的引入使篩選的作用有一個質(zhì)的飛躍。在引入前，篩選只是100%的“過篩”，不合格的全“篩”下去，合格的當然都將會使用，但這些合格器件的失效率仍是個未知數(shù)。PDA技術能部分解決這個問題。應用它能分辨出某批電路將來使用時失效率將較低，而某批電路“過篩”后的“合格”品失效率仍高，仍然必須整批報廢。

篩選中的PDA值控制技術PDA是PercentDefec8PDA技術可簡述

①事先確定PDA的控制值，如質(zhì)量S級的產(chǎn)品，PDA的控制值選3%，質(zhì)量B級選5%等。②經(jīng)規(guī)定的試驗篩選后，有失效數(shù)為r，投入試驗的產(chǎn)品數(shù)N，則定義批缺陷率P=r/N③將P與PDA值比較，如P值大，則該批拒收。如P值不大，則通過該試驗。④P值直接反映試驗前該批產(chǎn)品的可靠性水平，即當P值增加，產(chǎn)品可靠性急劇下降。

PDA技術可簡述①事先確定PDA的控制值，如質(zhì)量S級的產(chǎn)品9例12-1：設，，／小時，從100個元件中，其中次品有10個，求達到系統(tǒng)／小時和0.0012／小時的篩選時間。例12-1：設，，／小時，從100個元件中1012.3.電子產(chǎn)品的可靠性預計產(chǎn)品的可靠性預計是在產(chǎn)品定型過程中，從元器件的可靠性參數(shù)，經(jīng)過試驗結(jié)果與理論的分析計算，對產(chǎn)品可能達到的可靠性水平進行一種預測過程。

產(chǎn)品可靠性預計的目的是為了落實產(chǎn)品定量化的可靠性指標，為使產(chǎn)品達到規(guī)定的可靠性要求，并為今后改進產(chǎn)品的可靠性提供理論的基礎。

12.3.電子產(chǎn)品的可靠性預計產(chǎn)品的可靠性預計是在產(chǎn)品定型過11可靠性預計的目的

1、定量地給出產(chǎn)品的可靠性預計指標；2、通過預計了解產(chǎn)品的各元器件之間的可靠性關系，并為改進和提高產(chǎn)品的可靠性提供依據(jù)；3、找出產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)，為改進產(chǎn)品可靠性提供措施；4、通過可靠性預計與分配，節(jié)約開發(fā)費用；可靠性預計的目的1、定量地給出產(chǎn)品的可靠性預計指標；12①可靠性預計的計數(shù)法①可靠性預計的計數(shù)法13表12-1半導體分立器件通用質(zhì)量系數(shù)表12-1半導體分立器件通用質(zhì)量系數(shù)14②可靠性預計的應力法②可靠性預計的應力法15③基本失效率的數(shù)學模型③基本失效率的數(shù)學模型16例12.2：金屬膜電阻，額定功率0.25W，20k，質(zhì)量等級，環(huán)境溫度50C，耗散功率0.1W，例12.2：金屬膜電阻，額定功率0.25W，20k，質(zhì)量等級17例12.3：固體鉭電解電容器，質(zhì)量等級，額定工作電壓40v(直流)，額定電容量15，工作電壓16v(直流)，環(huán)境溫度70C，電容與電源之間回路電阻80例12.3：固體鉭電解電容器，質(zhì)量等級，額定工作電壓418④應用實例④應用實例19正電源電路元器件清單

正電源電路元器件清單20可靠性設計與試驗課件2112.4降額設計通過設計有目的地降低元器件工作時實際承受的應力，以降低元器件的工作失效率。其設計的依據(jù)是：GJB/Z35-93<元器件降額準則>。降額的基本參數(shù)各個不同工程領域不完全相同，一般大家熟悉的有這樣一些參數(shù)：電壓，電流，功率，轉(zhuǎn)矩，速度，濕度，溫度等。

12.4降額設計通過設計有目的地降低元器件工作時實際承受的22降額設計降額設計23國產(chǎn)可控硅的降額因子

國產(chǎn)可控硅的降額因子24漂移失效在可靠性的研究中，大多數(shù)失效是指突發(fā)性失效，這種失效是偶然性的，服從某種隨機的規(guī)律，但許多產(chǎn)品的失效除了突發(fā)性的以外還有隨時間的積累而產(chǎn)生的一種漂移性的參數(shù)改變。這種軟故障到達一定的程度以后不能滿足確定功能要求，實際上也判為失效或故障，現(xiàn)在從失效的觀點來研究漂移失效。電路的漂移分析，或有時叫容差分析，主要是應用于關鍵電路。由于某個變量超過界限值而引起的失效就叫界限失效。如果這種界限，隨時間慢慢的漂移最終超過界限值，這種場合稱之為漂移失效，又稱退化失效。漂移失效在可靠性的研究中，大多數(shù)失效是指突發(fā)性失效，這種失效2512.5漂移失效（marginalfailure）的設計12.5漂移失效（marginalfailure）的設計26靈敏度與方差系數(shù)

靈敏度與方差系數(shù)27例12.4一個LC調(diào)諧回路，其中的電感為50微亨誤差10%，電容為30微微法誤差5%，設頻率漂移的最大允許值200Hz，求原設計的電感和電容能否滿足上述頻率漂移要求，如果不滿足，應如何提高元器件的精度？例12.4一個LC調(diào)諧回路，其中的電感為50微亨誤差10%28機械可靠性

機械部件的失敗一般不完全遵守指數(shù)分布規(guī)律，從實驗數(shù)據(jù)分析，有些機械部件的壽命采用威布爾分布形式，磨損失效是影響機械零件及設備可靠性的主要因素，例如由于潤滑不好，配對材料質(zhì)量欠佳，密封泄漏，高速或高溫條件潤滑情況惡化等原因，引起零件的磨損、擦傷和膠合等不同的失效模式，盡管可靠性理論在機械部件中的研究近十年來已有進展，但是不同的部件或者環(huán)境的作用影響很大，磨損耗量隨時間增長，其離散性越來越大，分布參數(shù)也有較大的不確定性，因此機械部件的可靠性理論有待進一步深入研究。一種用于強度研究的概率論分析受到廣泛的應用，由于模型中考慮到強度與應力分布之間的干涉關系，所以這種理論又稱干涉理論。機械可靠性機械部件的失敗一般不完全遵守指數(shù)分布規(guī)律，從實驗2912.6機械可靠性概率設計:干涉理論12.6機械可靠性概率設計:干涉理論30可靠性設計與試驗課件31可靠性設計與試驗課件32例12.5設計一拉桿，已知作用于桿的拉力載荷kgf，拉桿材料為低合金鋼，其強度極限kgf/mm2，標準偏差kgf/mm2，求可靠度為0.999時拉桿的截面半徑。例12.5設計一拉桿，已知作用于桿的拉力載荷33例12.3由實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計知道，零件（浮動花鍵軸）在工作到小時時，磨損量的平均值為微米，微米，設計上允許零件的磨損量為微米，試問達到工作時間t的零件耐磨可靠度？例12.3由實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計知道，零件（浮動花鍵軸）在工作到小3412.7可靠性試驗12.7.1引言為了了解各種外界因素的影響量（應力）對產(chǎn)品可靠性和環(huán)境適應性的作用，需要進行可靠性試驗,可靠性試驗是評價和分析產(chǎn)品可靠性的基本工作環(huán)節(jié)。通過可靠性試驗可以確定電子產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存時的可靠性特征量，為設計、生產(chǎn)、使用提供有用的數(shù)據(jù)；也可以充分暴露產(chǎn)品的設計、制造等方面所存在的問題?，F(xiàn)場試驗是最客觀最有意義的試驗，但這不是一件容易的事，往往需要很長的試驗時間，而且要有準確的現(xiàn)場可靠性使用數(shù)據(jù)報告，可靠性試驗是生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。

12.7可靠性試驗12.7.1引言為了了解各種外35可靠性試驗分類

可靠性試驗的種類較多，按試驗性質(zhì)分，有破壞性試驗和非破壞性試驗，按可靠性試驗目的分，有篩選試驗、摸底試驗、鑒定試驗，驗證試驗，批量保證試驗和交收試驗等；按可靠性試驗項目可以分為：壽命試驗，使用條件試驗，環(huán)境試驗和特殊試驗等。

可靠性試驗分類可靠性試驗的種類較多，按試驗性質(zhì)分，有破壞性36可靠性設計與試驗課件37加速壽命試驗

加速壽命試驗38環(huán)境試驗

環(huán)境大致可分為四大類：（1）工業(yè)環(huán)境：①腐蝕性介質(zhì)：如二氧化硫（），二氧化碳（），硫化氫（）氣體，腐蝕性液體及腐蝕性粉塵等；②高溫與低溫：如冶煉廠的高溫、冷煉廠的低溫；③高氣壓與低氣壓：如氨（）管道的高氣壓，真空中的低氣壓④固體性粉塵：如磨損性粉塵、導電性粉塵及可燃性粉塵等。（2）自然環(huán)境：自然環(huán)境分為氣候環(huán)境、機械環(huán)境、生物環(huán)境、輻射環(huán)境及電環(huán)境等。（3）人為環(huán)境：人為環(huán)境有使用、維護、包裝及貯存等。（4）特殊使用環(huán)境：環(huán)境試驗環(huán)境大致可分為四大類：39環(huán)境試驗的種類

（1）現(xiàn)場使用試驗（2）天然暴露試驗

（3）人工模擬試驗人工模擬試驗是一種在短期內(nèi)觀察產(chǎn)品所能承受的應力有多大的試驗。常用的有低溫試驗、高溫試驗、濕度沖擊試驗、濕度循環(huán)試驗、潮濕試驗、鹽霧試驗、塵砂試驗、振動試驗、碰撞試驗、沖擊試驗、離心加速度試驗、爆炸試驗、聲振試驗等。我國四機部對電子元器件的基本環(huán)境技術要求等級和試驗方法都有標準。

環(huán)境試驗的種類（1）現(xiàn)場使用試驗40可靠性壽命試驗

產(chǎn)品的可靠性試驗在規(guī)定的環(huán)境條件、工作條件和維修保養(yǎng)條件下的壽命試驗。壽命試驗是分析產(chǎn)品壽命特征和失效規(guī)律的試驗。通過這種試驗可以了解產(chǎn)品壽命統(tǒng)計規(guī)律的特征量（如失效率、平均壽命等），以便作為可靠性預測、可靠性設計、制定篩選條件，改進產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。一般地說，可靠性試驗通常指壽命試驗。

1）

加速試驗

2）

長期壽命試驗可靠性壽命試驗產(chǎn)品的可靠性試驗在規(guī)定的環(huán)境條件、工作條件和41壽命試驗方案

四種試驗方案序貫截尾試驗定時截尾試驗定數(shù)截尾試驗逐次結(jié)尾試驗法(適合現(xiàn)場試驗)

壽命試驗方案四種試