可靠度測試的方法及意義

QualityReliabilityEngineer可靠度測試的方法及意義Seanbull2009/07/162024/4/101可靠度的定義1.JIS的定義:信賴性:表示某系統(tǒng),機(jī)器或元件對時(shí)間穩(wěn)定性的程度或性質(zhì).信賴度:表示某系統(tǒng),機(jī)器或元件在特定條件及時(shí)間下,能發(fā)揮

其機(jī)能的機(jī)率.2.MIL-STD-721定義:可靠度:某裝置在規(guī)定的使用條件,於規(guī)定的期間內(nèi),能發(fā)揮其

特定功能的機(jī)率要素:(1)機(jī)率(Probability)(2)達(dá)成規(guī)定的機(jī)能(功能)(IntendedFunction)(3)規(guī)定時(shí)間(SpecifiedInterval)(4)規(guī)定條件(StatedConditions)

廣義的定義:可靠性+可維護(hù)可用性2024/4/102品質(zhì):產(chǎn)品未被客戶正式使用前，針對產(chǎn)品的性能、價(jià)值、機(jī)能水準(zhǔn)的判斷與認(rèn)定。可靠度:產(chǎn)品包括未被客戶使用前即客戶實(shí)際使用期間，所表現(xiàn)出來的整體水準(zhǔn)，那所有的性能、價(jià)值及機(jī)能水準(zhǔn)的總認(rèn)定。品質(zhì)產(chǎn)品壽命時(shí)間軸可靠度產(chǎn)品平均壽命可靠度的定義2024/4/103可靠度的歷史1.二次世界大戰(zhàn),美國在東亞作戰(zhàn),飛機(jī)在飛行中半數(shù)不見了,肇因於真空管故障,於是追溯是製造不良?還是搬運(yùn)?引發(fā)了可靠度的動(dòng)機(jī).2.1952年,美國國防部成立AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment),由軍方,企業(yè)界,學(xué)術(shù)界等組成的這個(gè)Group,專門致力於研究電子Equipment之可靠度.3.1970年~軍品一般民需用品

小真空管大型產(chǎn)品2024/4/104可靠度的必要性確認(rèn)有無設(shè)計(jì)之缺失確認(rèn)有無加工機(jī)具或工藝技術(shù)上之瑕疵.確認(rèn)有無瑕疵的零組件確認(rèn)有無任何變異產(chǎn)生確認(rèn)工程修改之完整性建立及查核整體的品質(zhì)水準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)力篩選:產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的強(qiáng)度極限下,運(yùn)用加速技巧,找出已存在于產(chǎn)品中潛在暇疵給篩選出來,以免該產(chǎn)品于日后使用過程中,遭受環(huán)境應(yīng)力時(shí)而導(dǎo)致失效發(fā)生,造成不必要的損失2024/4/105

研發(fā)階段：對試樣進(jìn)行可靠性測試，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題，而加以改進(jìn)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)與改進(jìn)就能提高產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。

試產(chǎn)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控）。目的總結(jié)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在失效模式(FailureMode)

探求失效機(jī)理(FailureMechanism)

優(yōu)化研發(fā)設(shè)計(jì)，工藝流程(Optimizedesignandprocess)

監(jiān)控原材料，工藝流程的改變(Monitorrawmaterialandprocess)可靠性測試目的2024/4/106早夭失效期(DFR)偶發(fā)失效期(CFR)磨耗失效期(IFR)時(shí)間

t失效率函數(shù)λ(t)λ(t)典型的失效浴缸曲線2024/4/107可靠度系統(tǒng)

新產(chǎn)品,新制程可靠度驗(yàn)証制程量產(chǎn)可靠度抽樣試驗(yàn)?zāi)M,復(fù)制工程變更客戶回饋可靠度驗(yàn)證可靠度技術(shù)的拓展LSLUSL設(shè)計(jì)邊緣規(guī)格界限早夭期適用期老化期μλ2024/4/108早夭期故障率高:時(shí)間增加時(shí),故障率減少.故障原因:1.設(shè)計(jì)缺陷.2.製程錯(cuò)誤.3.使用不當(dāng).4.元件不良.故障消除法:

1.除錯(cuò)(Debugging)

2.燒機(jī)(Burn~in)

3.篩選(Screening)2024/4/109可用期故障率為一定常數(shù),故障率穩(wěn)定且低.故障原因:1.偶發(fā)的(ChanceFailure).2.設(shè)計(jì)先天限制.3.使用造成意外.4.保養(yǎng),維修不良.故障消除法:1.重新設(shè)計(jì).2.製程管制.3.維修保養(yǎng).2024/4/1010磨耗期故障率高:時(shí)間增加,故障率增加.故障原因:

1.疲乏

2.老化

3.劣化

4.磨耗(Wear-out)故障消除法:1.預(yù)防保養(yǎng)(PreventiveMaintenance)2.預(yù)先更換零件.3.翻修(Overhaul)2024/4/1011環(huán)境試驗(yàn)要掌握產(chǎn)品在使用中可能遭遇和產(chǎn)品的各種環(huán)境,並選取那些對產(chǎn)品有危害性的最惡劣環(huán)境條件在實(shí)驗(yàn)室中模擬考驗(yàn)(參照MIL-STD-810).1.自然環(huán)境條件:溫度,溼度,鹽霧,氣壓,風(fēng)力,雨雪,霧.2.動(dòng)力環(huán)境條件:運(yùn)輸中發(fā)生之衝擊,振動(dòng),落下.2024/4/1012環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(ESS)

EnvironmentalStressScreening針對進(jìn)料檢驗(yàn)合格之零件,模擬實(shí)際使用狀況,引用適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力,剔除次級零件,減少修理服務(wù)花費(fèi)的大量修理時(shí)間與成本.(參照MIL-STD-883).檢驗(yàn)合格之零件,若不經(jīng)篩選試驗(yàn)裝配於系統(tǒng)中之最初一年;早夭期,將有2%~6%之失效率.

環(huán)境應(yīng)力:溫度,溼度,鹽霧,衝擊,振動(dòng),加速度,燒機(jī)(高溫烘烤,溫度衝擊,溫度循環(huán))2024/4/1013360330300270240210180150120906030權(quán)重後位階隨機(jī)振動(dòng)高溫電應(yīng)力熱衝擊溫度循環(huán)定頻正弦振動(dòng)低溫正弦掃瞄振動(dòng)複合環(huán)境衝擊濕度加速度高度各種篩選環(huán)境應(yīng)力之相對篩選效率2024/4/1014高溫運(yùn)行和貯存（IEC60068-2-2)高溫運(yùn)行（研發(fā)）：Tmax–產(chǎn)品技術(shù)條件溫度上限高溫貯存（研發(fā)）：一般取Tmax+20℃高溫貯存（生產(chǎn)）：一般取Tmax+10℃低溫運(yùn)行和貯存(IEC60068-2-1)低溫運(yùn)行（研發(fā)）：Tmin–產(chǎn)品技術(shù)條件溫度下限低溫貯存（研發(fā)/生產(chǎn)）：

一般為-40℃溫度沖擊(ThermalShockTest)

在-40℃下保持1h，在30秒內(nèi)溫度切換到Tmax+20℃下保持1h，一般共做24個(gè)循環(huán)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%左右可靠性測試項(xiàng)目2024/4/1015鹽霧實(shí)驗(yàn)濃度為5%的NaCl溶液，時(shí)間24小時(shí)交變鹽霧測試參考IEC60068-2-38,IEC60068-2-14,IEC60068-2-67,IEC60068-2-11,IEC60068-2-3,IEC60068-2-30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分鐘；10分鐘或明或20分鐘）耐化學(xué)品實(shí)驗(yàn)?zāi)痛夹詼y試：無水酒精（>99.5%），棉簽，砝碼，搽拭循環(huán)耐KOH,H2S,SO2耐化妝品測試：凡士林護(hù)手霜耐手汗測試（氨水1.07%;氯化鈉0.48%;水98.45%）可靠性測試項(xiàng)目2024/4/1016冷啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品在低溫下保持0.5~2小時(shí)，然后開機(jī)，產(chǎn)品應(yīng)能正常工作以上過程重復(fù)3次以上開關(guān)電實(shí)驗(yàn)在高溫，低溫和濕熱條件下各開關(guān)電3次以上，重復(fù)10次以上附著力實(shí)驗(yàn)用刀片在測試樣本表面劃10*10個(gè)1mm*1mm小網(wǎng)格，用3M膠紙粘在測試小格上，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次振動(dòng)實(shí)驗(yàn)工作狀態(tài)：IEC60068-2-6運(yùn)輸狀態(tài)：IEC60068-2-64

可靠性測試項(xiàng)目2024/4/1017跌落實(shí)驗(yàn)(FreeFallTestandRandomFreeFallTest)六面八角十二棱測試條件按照美國軍標(biāo)MIL-STD-810EMC（ElectricMagneticCapability）EMI–ElectricMagneticInterference電磁干擾

（GB9254）EMS–ElectricMagneticSusceptibility電磁敏感性

（GB/T17626）

其他實(shí)驗(yàn)

......可靠性測試項(xiàng)目2024/4/1018可靠性測試項(xiàng)目--HALTHASS2024/4/1019量產(chǎn)前產(chǎn)品Review產(chǎn)品研發(fā)及量產(chǎn)流程

Spec-及ID確認(rèn)-->RD設(shè)計(jì)產(chǎn)品-->EVT-->

DVT-->PVT-->MP--->PhaseoutQA在PVT階段才完全介入

產(chǎn)品成熟度的REVIEW

-Reliability:無

Majorbug(QTreport)-Compatibility:無

Majorbug(QTreport)-SafetyApplication:量產(chǎn)前須申請完成(CheckwithR/D)

-EMS/EMI/ESD:須全部PASSEMI–ElectricMagneticInterferenceEMS–ElectricMagneticSusceptivityESD-Electro-StaticDischarge靜電釋放2024/4/1020振動(dòng)試驗(yàn):發(fā)掘產(chǎn)品可能遭遇的以下問題：1.加速材料疲勞破壞2.電性間歇接觸不良3.元件接觸不良4.封裝體變形5.組件破損6.部品壓碎破裂7.電子零件鬆脫8.導(dǎo)線磨損9.固定鬆動(dòng)、螺絲鬆脫

2024/4/1021振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)2024/4/1022振動(dòng)試驗(yàn)測試設(shè)備:振動(dòng)試驗(yàn)機(jī).測試條件:依「ReliabilityTestPlan」或特殊需求之條件執(zhí)行試驗(yàn)。測試流程：1.將待測機(jī)臺固定於測試平臺上。2.在振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)上設(shè)定所需試驗(yàn)規(guī)格後,啟動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)。3.依序完成X.Y.Z.三軸向之試驗(yàn)。4.試驗(yàn)結(jié)束後,將機(jī)臺取出,並將結(jié)果記錄於「振動(dòng)試驗(yàn)記錄表」中。5.結(jié)果判定:依各產(chǎn)品成品檢驗(yàn)判定規(guī)範(fàn)執(zhí)行功能及外觀檢驗(yàn)以判定機(jī)臺是否通過此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。2024/4/1023溫濕度試驗(yàn)

發(fā)掘產(chǎn)品可能遭遇的以下問題：1.材料特性改變2.尺寸變化3.永久變形4.電阻、電容值變化與參數(shù)漂移5.電路穩(wěn)定性改變6.縮短壽命7.材料晶體結(jié)構(gòu)變化8.電路改變9.結(jié)構(gòu)分離10.加速化學(xué)反應(yīng)11.氧化腐蝕12.物理強(qiáng)度減弱

2024/4/1024溫濕度櫃chamber2024/4/1025溫濕度試驗(yàn)測試設(shè)備:溫濕度櫃chamber測試條件:依「ReliabilityTestPlan」或特殊需求之條件執(zhí)行試驗(yàn)。測試程序:1.將待測機(jī)臺置於適當(dāng)位置,並依試驗(yàn)計(jì)劃執(zhí)行適當(dāng)測試程式,檢查機(jī)臺是否正常執(zhí)行.2.在chamber設(shè)備上設(shè)定所需試驗(yàn)規(guī)格後,啟動(dòng)chamber.3.試驗(yàn)中,需檢查試驗(yàn)機(jī)臺是否有異常.若有異常,則通知相關(guān)單位前來處理,若確定為不良,則依「可靠度測試不良處理程序」執(zhí)行分析與改善.4試驗(yàn)結(jié)束後,將機(jī)臺取出,並將結(jié)果記錄於「溫濕度試驗(yàn)記錄表」5結(jié)果判定:依各產(chǎn)品成品檢驗(yàn)判定規(guī)範(fàn)執(zhí)行功能及外觀檢驗(yàn)以判定機(jī)臺是否通過此項(xiàng)實(shí)驗(yàn).2024/4/1026落下試驗(yàn)(DropTest)

鑑定新產(chǎn)品之包裝設(shè)計(jì)是否能在儲藏.運(yùn)輸及攜帶期間,不因衝擊振動(dòng)或掉落而造成產(chǎn)品之物理、機(jī)械及電性上的損壞.2024/4/1027落下試驗(yàn)機(jī)2024/4/1028溫度Confidence=60%Numberoffailure=0=>>0.92

MTBF計(jì)算及評估2024/4/1029

MTBF計(jì)算及評估基于MTBF的計(jì)算

MTBF是一個(gè)統(tǒng)計(jì)值，計(jì)算值須高出客戶的要求一個(gè)數(shù)量級Bellcore

計(jì)算公式MTBF=Ttotal/(N*t)統(tǒng)計(jì)出所有樣品失效前的時(shí)間和和失效數(shù)找到可靠性測試的數(shù)據(jù)找到對應(yīng)的激活能(Ea)計(jì)算在工作溫度下的MTBF在常溫下做壽命測試（工作狀態(tài)）類似Bellcore

方法不需要激活能分三組分別在三個(gè)高溫條件下測試，分別求出在三個(gè)溫度下的MTBF，利用Arrhenius公式求出擬合直線，再求出在工作溫度下的MTBF2024/4/1030

MTBF計(jì)算及評估基于MTBF的測試（例子）要求在90%CI下MTBF為20000小時(shí)如何判定可靠性是否達(dá)到規(guī)定要求？測試時(shí)間T=A*MTBF=20000A;A=0.5*CHIINV(Excel);CHIINV=X2(1-a,2(r+1));a=90%;r=1(失效數(shù));A=3.89;T=20000*3.89=77800h樣品定為10臺，T’=77800/10=7780h高溫加速測試T”=T’/AF;條件：75℃，85%AF=exp{(Ea/k*[(1/Tu)-(1/Ts)]+(RHu^n-RHs^n)};Ea為激活能（根據(jù)原材料不同有不同取值）=0.6eV;k=8.6*10E-5eV/K(玻爾茲曼常數(shù));AF=34測試方案：T”=7780/34=228.8h；將10臺產(chǎn)品在75℃，85%的條件下進(jìn)行228.8小時(shí)的測試，如果失效次數(shù)小于等于一次，就認(rèn)為此產(chǎn)品的MTBF達(dá)到了要求2024/4/1031MTBF=35,000hours,90%ConfidencelevelSampleSize:10pcsTa=40Degree,Tb=25DegreeAccelerationFactor:3.70236Confidencelevelfactor

(PerGEMTABLE:For0defect,90%)

=2.30259Aftercalculator,Wegetthelifetimeasbelow:Lifetime(Testhours):90.69736days實(shí)例2024/4/1032GasketReliabilityTestPlan-Howtomakesure10YearUserenvironmentTestconditionNormaluserturnon/offproductbydailyTestswitch=24Hrs(1day)/1cycletime=24*60min/70min=20.57FirsttimefoundfailsampleofthermalcycleSecondtimefoundfailsampleofthermalcycleSpeclife=87876.53hrs/24hrs/365day=10.03YearIFmakesure10yearlift,wemusttest2900thermalcycle(near4.6month)2024/