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1、第六章 可靠性试验及评定,第六章 可靠性试验及评定,概述,产品生产出来以后，其可靠性是否达到定量要求，必须通过可靠性试验予以验证，同时，在设计和生产过程中可能存在这样或那样的可靠性缺陷，通过可靠性试验，可以暴露设计、工艺、材料等方面存在的可靠性缺陷，从而采取措施加以改进，使可靠性逐步增长，最终达到预定的可靠性水平。,概述产品生产出来以后，其可靠性是否达到定量要求，必须通过可靠,可靠性试验目的,可靠性试验目的,可靠性试验,可靠性试验的分类，一般有以下几种：按试验项目分，筛选试验；环境应力试验；寿命试验。,可靠性试验可靠性试验的分类，一般有以下几种：,可靠性试验,按试验对象分元、器件及原材料可靠性
2、试验；组件或部件可靠性试验；产品可靠性试验。按试验性质分破坏性试验；非破坏性试验。,可靠性试验按试验对象分,可靠性试验,按试验地点分现场可靠性试验；实验室可靠性试验。按试验的应力和强度分恒定应力试验；步进应力试验；序进应力试验；加速应力试验。,可靠性试验按试验地点分,可靠性试验,按试验所处阶段分可靠性研制试验 通过对产品施加环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷，以改进设计，提高产品的固有可靠性。可靠性增长试验 通过对产品施加模拟实际使用环境的综合环境应力，暴露产品中的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。,可靠性试验按试验所处阶段分,可靠性试验,按试验所处阶段分可靠性鉴定试
3、验 模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证产品设计是否达到规定的可靠性要求。可靠性验收试验 模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证批生产产品的可靠性是否保持在规定的水平，即产品经过生产期间的工艺、工装、工作流程变化后的可靠性。,可靠性试验按试验所处阶段分,可靠性试验分类,可靠性试验分类,浴盆曲线与可靠性试验,浴盆曲线与可靠性试验,浴盆曲线,浴盆曲线,可靠性试验的要素,可靠性试验的要素,故障判据,故障判据,试验剖面,任务剖面：对产品在完成规定任务的这段时间内所要经历的全部重要时间和状态的一种时序描述。试验剖面：供试验用的环境参数与时间的关系图,试验剖面任务剖面：对产品在完成规定任务的这段
4、时间内所要经历的,试验应力,环境越恶劣可靠性越差温度应力会提高产品的故障率振动应力会加速产品的疲劳湿度和化学应力会缩短产品的寿命环境应力和可靠性一般是指数关系温度-Arrhenius振动-Coffin-Manson湿度和其他-Eyring在常规应力条件下进行试验可以真实地模拟现场使用情况-常规试验有意施加恶劣的环境应力进行试验可以高效地暴露产品缺陷-加速试验。,试验应力环境越恶劣可靠性越差,常规可靠性试验,环境应力筛选试验ESS可靠性增长试验RGT可靠性鉴定试验RQT,常规可靠性试验环境应力筛选试验ESS,环境应力筛选试验（ESS）,环境应力筛选试验（ESS）,（一）可靠性筛选,1、可靠性筛选
5、的效果1）筛选剔除率Q,不能简单地以剔除率高低来评价筛选方法优劣，剔除率太高，有可能是产品存在着严重缺陷，但也可能是筛选应力过高；剔除率很低，有可能是产品缺陷少，但也可能是筛选应力太小或试验时间不足所致。,（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果不能简单地以剔除率高低来,（一）可靠性筛选,1、可靠性筛选的效果2）筛选效果,一般通过设计良好的工艺筛选程序的产品和未经筛选的产品相比，其失效率大致可有半个至一个数量级的改善，个别可达2个数量级。,（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果一般通过设计良好的工艺筛,（一）可靠性筛选,1、可靠性筛选的效果在评价筛选方法时，要把剔除率和筛选效果结合起来。例如取同样Q
6、值，则大的筛选方法为优；而得到同样的值，Q值小的筛选方法好。,（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法1）测试筛选初始参数筛选（分布截尾筛选）目的是为了获得参数与设计要求相适应的产品，剔除那些超出容差极限值的产品。首先要确定被筛选对象的哪些参数直接影响系统的可靠性，以及为保证系统可靠性应规定的容差极限值，由此定下参数的筛选项目和合格标准。筛选对象应为设计、工艺相当稳定条件下生产的产品，因此，其各项参数应服从正态分布。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法1）测试筛选线性判别筛选先对批产品作摸底试验，通过计算建立线性判别
7、数据，然后根据每个被判产品的原始数据和试验一段时间后的测试数据，来判断是否应淘汰。该方法的基础是建立线性判别式，式中含有对产品有显著影响的各参数（判别因子）和判别因子在寿命中所起影响的程度。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法2）检查筛选目镜筛选包括用肉眼、放大镜或显微镜检查筛选，花费少，收效大。红外线非破坏性检查筛选用红外扫描显微镜对元器件在工作时的热分布作检查。可检查热设计是否合理和工艺是否有缺陷，可灵敏地检查出过热点及是否有虚焊。不足之处是只能检查暴露出来的表面，不能检查外壳内的热分布，被检查表面有塑料时检查也要受影响。,（一）可靠性筛选2、可靠
8、性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法2）检查筛选X射线非破坏性检查筛选可发现成品内的缺陷，如装配不良、焊料过多或过少以及多余物等。美军标准规定，宇航级半导体器件都要100进行此项筛选。颗粒碰撞噪声检测用来发现产品内部是否存在多余物或有结合不良之处。其原理是检查试件在振动或冲击情况下是否内部有颗粒碰撞而发出的噪声。优点是能发现更小的粒子和X射线能穿透的粒子。已有设备可测出重量小于1g和直径小于25m的松散粒子。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法2）检查筛选密封性检查筛选用来剔除泄漏率超过规定值的产品。根据泄漏率要求可选择液浸检漏法、氦质
9、谱检漏法、放射性示踪检漏法和湿度试验法等。参数测试筛选包括一般参数和一些特殊参数的测试。例如，热稳定试验、电压拉偏试验等。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法3）环境应力筛选力学环境应力筛选有振动（包括振动疲劳、扫描振动或随机振动）、冲击和离心加速度等项目。气候环境应力筛选有温度循环、温度冲击、恒温恒湿、潮热交变、低气压和高低温测试等。特殊环境应力筛选有高温、高压、高真空、辐射等。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,环境应力筛选试验,环境应力筛选试验,环境应力选择,环境应力选择,环境应力选择,环境应力选择,可靠性工程602可靠性试验课件,可靠性工程
10、602可靠性试验课件,ESS机理和基本方法,ESS机理和基本方法,ESS振动剖面,ESS振动剖面,温度循环剖面,温度循环剖面,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法3）环境应力筛选混合环境应力筛选有电和振动、冲击混合应力；电温度循环、湿度和振动混合应力等，比单应力筛选要有效得多。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法4）寿命筛选（老炼筛选）贮存筛选包括高温贮存。工作寿命筛选包括静态、动态工作等。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法5）破坏性筛选为适应特殊环境需要，对有的批产品还需作抽样的破坏性筛选试验，以代表批产
11、品的环境适应性，包括有盐雾、油雾、潮湿、焊接强度、热疲劳、引线疲劳和高温高压等。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,2、可靠性筛选的方法大体上分为两类：一类是一般产品都可运用的，如：检查筛选、高温贮存、功率老炼、密封检漏等。另一类则需要针对产品的某失效模式而采用，如：内潮试验可剔除线包内有潮气的继电器，三次谐波法可剔除接点已长有机膜的继电器，大电流冲击可发现内引线焊接不良的半导体分立器件等。总之，统一的筛选条件只能解决一般问题，要解决特殊失效模式带来的问题，就要制定高效的、特殊的筛选方法。,（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法,（一）可靠性筛选,3、筛选方案设计原则1）要
12、有效剔除早期失效产品，但不应使正常产品提高失效率；2）为提高筛选效率，可使用强应力筛选，但不应使产品因此而产生新的失效模式；3）筛选项目和应力不必只是模拟使用情况，有些项目和应力可以是使用中不可能出现的，其目的仅是为了暴露工艺上的缺陷；4）试验设计前，设计者必须对元器件的正常筛选效率有所掌握。如果筛选结果并不令人满意，则筛选方案应重新拟定；,（一）可靠性筛选3、筛选方案设计原则,（一）可靠性筛选,3、筛选方案设计原则5）试验程序必须是加应力筛选在前，检查测试性筛选在后。如筛选项目的次序与失效有关，要选择能暴露失效的最佳顺序；6）对被筛选对象可能的失效模式有所掌握；7）为制订合理和有效的筛选方案
13、，必须了解有关元器件特性、材料、封装及制造技术；8）将不可靠产品淘汰在上机前，以减少不必要的损失。,（一）可靠性筛选3、筛选方案设计原则,（一）可靠性筛选,4、电子元器件老炼电子元器件经筛选后已可正常工作，但它的参数、性能不一定稳定，往往需要存放一段时间或通电工作一段时间后，其参数才能稳定。使性能、参数稳定的过程叫老炼。某种元器件上机前是否要进行老炼，主要取决于这种元器件的参数漂移是否影响使用可靠性（与失效判据联系起来）。,（一）可靠性筛选4、电子元器件老炼,（二）环境适应性试验,1、环境条件的分类1）气候条件：包括温度、湿度、气压、风、雨、水、露、霜雪、沙尘、盐雾、油雾、游离气体和其它有害气
14、体等因素，可导致产品电性能改变、材料腐蚀和机械损伤；2）力学条件：包括振动、冲击、离心、碰撞、跌落、静力负荷、失重、声振、爆炸、冲击波等，可导致产品结构损伤、材料断裂或疲劳、引线断开等；,（二）环境适应性试验1、环境条件的分类,（二）环境适应性试验,1、环境条件的分类3）生物条件：包括霉菌、昆虫、啮齿动物等。霉菌吞啮、繁殖、吸附水分和分泌酶，使所有有机材料和部分无机材料强度降低，介质损耗增大，金属腐蚀，白蚁、木蜂、老鼠咬坏电缆，排出粪便造成短路；,（二）环境适应性试验1、环境条件的分类,（二）环境适应性试验,1、环境条件的分类4）辐射条件：包括太阳紫外线辐射引起材料老化，核爆炸环境的中子辐射引
15、起永久性损伤， 辐射引起瞬时效应，造成电子元件失效，空间带电粒子可使卫星用电子元器件损坏；5）电磁条件：包括电场、磁场、闪电、雷击、电晕、核爆炸产生的电磁波，以及电子设备内部、外部的电磁干扰等。,（二）环境适应性试验1、环境条件的分类,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法1）现场使用试验现场使用试验可真实地反映产品在实际使用条件下的可靠性，同时，也是检验人工模拟试验准确性的依据，因此，现场使用试验可作为设计制造过程中的一个环节。例如飞机在样机研制完成后，要经1000小时试飞，才能正式投产。在可靠性工作中，现场使用数据是非常重要的，但这种试验取得数据的周期长，花费大，有一定局限性。,（二）环
16、境适应性试验2、环境试验的方法,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法2）天然暴露试验把样品长期暴露于天然气候环境（如热带、亚热带、寒带、高原地带等），样品可处于工作负荷状态或贮存状态，通过定期观测，可以了解产品电参数、机械性能和外观的变化。,（二）环境适应性试验2、环境试验的方法,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法3）人工模拟试验人工控制条件下的试验，是在试验箱内或试验台上进行的，目的是在短时间内观察产品所能承受的环境应力大小。常用试验项目有低温、高温、热冲击、温度循环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试验等。一般可分为单
17、项环境试验与综合环境试验两大类。,（二）环境适应性试验2、环境试验的方法,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法3）人工模拟试验单项环境试验针对环境因素分别单项进行，试验好处在于试验设备比较简单，试验费用较少，并且很容易看出某因素对产品的影响。综合环境试验在实用中，产品受客观环境的影响，常常是几种环境因素共同作用的结果，因此有必要选择有代表性的应力条件进行组合试验，并使其与实际使用环境接近。,（二）环境适应性试验2、环境试验的方法,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法3）人工模拟试验综合环境试验综合环境试验的优点是：可以较为真实地模拟使用环境，从而增加了试验的真实性和可靠性；创造了利用地
18、面模拟试验代替空中飞行试验的条件；真实地暴露由于诸环境因素共同作用所引起的产品失效模式。但由于综合环境试验设备复杂、试验周期长、费用昂贵，发展受到一定的限制。,（二）环境适应性试验2、环境试验的方法,（二）环境适应性试验,2、环境试验的方法3）人工模拟试验环境模拟试验的设计者应对产品的实际使用环境有确切的了解。若对使用环境估计偏严，将导致产品成本提高和研制周期拖长；若对使用环境估计不足而降低试验条件，则将导致产品在实际使用环境下大量故障，造成更大损失。总之，环境模拟试验重要的是正确规定试验条件和合理安排试验顺序，试验设备要合格，定期标定。,（二）环境适应性试验2、环境试验的方法,环境应力筛选试
19、验,环境应力筛选试验目的消除产品早期故障时间产品交付使用前试样全,环境应力筛选试验,问 题环境应力筛选不可能无限地下降产品的故障率。 原 因由于环境应力筛选不可能解决产品固有的可靠性问题，如设计水平、配套元器件和材料的等级，以及制造过程存在的生产工艺等系统性问题所形成的缺陷。仅仅采用快速试验技术和对故障部件进行简单更换或修复的办法，是无法解决那种全体产品共有的、决定性产品固有可靠性的问题的。,环境应力筛选试验问 题环境应力筛选不可能无限地下降产品的,筛选试验的时间,53,当1 2时，可以有效区分，提升产品批次的可靠性；,筛选试验的时间53 当1 2时，可以有效区分,54,（三）可靠性增长试验（
20、RGT）,可靠性增长试验的目的和一般方法增长试验目的 - 提高产品固有可靠性，以满足产品使用 期的可靠性需要。（见图）,54（三）可靠性增长试验（RGT）可靠性增长试验的目的和一般,可靠性增长试验,通过试验，激发产品故障隐患，开展故障分析，重点找出系统性问题，采用优化产品设计、优选配套元器件和材料、改进生产工艺及试验验证等技术途径，不断减少系统性故障，提高产品的固有可靠性。但试验本身并不改善产品可靠性，只有采取防止在使用中重复发生故障的纠正措施才能提高产品可靠性。,可靠性增长试验通过试验，激发产品故障隐患，开展故障分析，重点,可靠性增长试验,56,可靠性增长试验56,57,环境应力筛选 VS
21、可靠性增长试验,57环境应力筛选 VS 可靠性增长试验试验项目环境应力筛选,58,Duane可靠性增长模型,假定可靠性增长试验的产品在总累积试验时间t时，共累积发生 r(t) 次故障。显然随着试验时间t的增加，故障累积函数 r(t) 也逐渐增大，并记 为平均故障率累积函数，由此故障累积函数为而产品的平均MTBF累积函数为,58Duane可靠性增长模型假定可靠性增长试验的产品在总累积,59,对上式两边取对数，则 即在双边对数坐标纸上，产品的平均MTBF累积函数与时间t 是一直线关系,其斜率为 k ,截距为 ,因此，在工程上称斜率 k 为增长试验的增长率。又由式 ，可得Duane模型的故障率函数
22、为： 则产品的瞬时MTBF函数为：,59对上式两边取对数，则,60,由 ，在 Duane 模型中，产品的平均MTBF累积函数与其瞬时MTBF函数的关系为： 即在可靠性增长试验过程中，任一时刻产品的瞬时MTBF值是MTBF累积平均值的 倍。两边取对数，则有 即瞬时MTBF与累积MTBF为两条平行直线,由于 0因此在双边对数坐标纸上(见图），任一时刻的 总是比 大 。,60由 ，在 Duane 模型,61,双对数纸上的Duane模型,MTBF1000 100 10 1/a 1 10 100 1000 10000 t,61双对数纸上的Duane模型MTBF,62,阿里亚娜火箭可靠性增长情况（Duan
23、e）,62阿里亚娜火箭可靠性增长情况（Duane）,可靠性增长试验-模型,63,杜安（Duane）lnC(t)=ln-(1-)lnt, i= c / ,可靠性增长试验-模型63杜安（Duane）,可靠性鉴定试验&验证试验,鉴定试验：验证产品设计是否达到规定的可靠性，为生产前的试验。验证试验：对交付的产品进行评价。试验方案的类别按寿命特点：连续型、成败型按截尾方式分：定时、定数、贯序,64,可靠性鉴定试验&验证试验鉴定试验：验证产品设计是否达到规定的,可靠性鉴定试验&验证试验,生产方风险 。表示产品整体实际上合格时由于是抽样试验而判定为不合格的概率；使用方风险表示产品整体不合格时，由于是抽样试验
24、而被判定为合格的概率。设计鉴定试验鉴定产品能否定型，是否已经达到要求的可靠性设计指标，这种试验以使用方利益为主，可使值大些。当产品通过设计鉴定转入批生产后，由于生产过程中有可能引进不可靠因素，而使生产质量不稳定，这时需要进行验收试验，当产品实际水乎达到合格质量水乎时，应以高概率接收，即可取小些。,可靠性鉴定试验&验证试验生产方风险 。表示产品整体实际上合,可靠性鉴定试验-原则,误收风险（风险）、误拒风险（风险）,66,可靠性鉴定试验-原则误收风险（风险）、误拒风险（风险）6,可靠性鉴定试验-定时截尾,设为平均寿命， 0为可接收的平均寿命，称为平均寿命的检验上限，试验方案以高概率接收MTBF真值
25、接近0的产品； i为拒收的MTBF值，称为MTBF的检验下限，试验方案以高概率拒收MTBF真值接近i的产品。产品平均寿命为时的接收概率为L(),可靠性鉴定试验-定时截尾设为平均寿命， 0为可接收的平均,可靠性鉴定试验-定时截尾,68,随机抽取样品n个，当试验进行到规定的时间t0就停止，共失效r个样品，合格判定数为c，若r=c，合格，否则不合格，拒收。方案参数：T=nt0，c,可靠性鉴定试验-定时截尾68随机抽取样品n个，当试验进行到规,可靠性验证试验-序贯试验,对小样本可靠性试验，常用序贯寿命试验方案，充分利用试验过程中的信息，考察故障出现时相应的总试验时间T，若T相当长，则认为产品合格，若T
26、相当短，则认为产品不合格，若T不长不短则继续试验。,可靠性验证试验-序贯试验 对小样本可靠性试验，常用序贯寿命试,可靠性验证试验-序贯试验,产品寿命服从指数分布时，在总试验时间T内出现的故障数是随机变量，服从泊松分布，设产品的平均寿命为，则出现r次故障的概率为,可靠性验证试验-序贯试验 产品寿命服从指数分布时，在总试验时,可靠性验证试验-序贯试验,当P1(r)/P0(r)很大时，则可理解为 1的可能性很大，认为产品不合格，当P1(r)/P0(r)很小则可理解为 0的可能性很大，认为产品合格；若P1(r)/P0(r)不大不小，则难下结论，需继续试验。选择一个较大的数A和一个较小的数BAB 0，使
27、,可靠性验证试验-序贯试验当P1(r)/P0(r)很大时，则可,可靠性验证试验-序贯试验,若要继续试验，则,两边取对数，整理得,令,可靠性验证试验-序贯试验若要继续试验，则两边取对数，整理得令,可靠性验证试验-序贯试验,现取,又已知 0 、 1 ，故可得接受和拒收判据,可靠性验证试验-序贯试验现取又已知 0 、 1 ，故可,可靠性验证试验-序贯试验,可靠性验证试验-序贯试验r=3r=2r=1,75,举 例,某产品进行可靠性增长试验，试验总累积时间T达到1200小时结束试验，其间发生故障30次（见表）由 值，在双对数坐标纸上得到Duane模型的增长直线（见图）,75举 例某产品进行可靠性增长试验
28、，试验总累积时间T达到,76,76,（三）寿命试验和加速寿命试验,1、寿命试验的分类1）长期寿命试验包括长期贮存试验和长期工作寿命试验，后者是传统的寿命试验方法，又分静态偏置和动态工作2种。静态偏置就是加直流额定负荷的试验，所用设备简单，结果有一定价值。动态工作是模拟产品实际工作状态，例如集成电路在规定负载和加输入信号条件下所作的寿命试验，它比静态试验的结果更准确，但设备较为复杂。,（三）寿命试验和加速寿命试验1、寿命试验的分类,（三）寿命试验和加速寿命试验,1、寿命试验的分类由于电子元器件水平迅速提高，长期寿命试验方法遇到很大困难。例如为了以90置信度验证失效率为110-8h-1的元件，如果
29、采取长期寿命试验的方法，需用23000只试验10000小时无实效，这个代价高到不现实的程度。因此，广泛采用了加速寿命试验的方法。 2）加速寿命试验：就是在不改变产品失效机理、不引入新的失效因子的前提下，提高试验应力，加速产品失效进程，再根据加速试验结果，预计正常应力下的产品寿命。,（三）寿命试验和加速寿命试验1、寿命试验的分类,（三）寿命试验和加速寿命试验,1、寿命试验的分类2）加速寿命试验：根据应力施加的方式，加速寿命试验可分为恒定应力、步进应力、序进应力加速寿命试验三种。恒定应力加速寿命试验：将一定数量的试样分几组，每组固定一个应力水平进行试验。试验因素单一，数据容易处理，外推精度较高，故
30、最常用。,（三）寿命试验和加速寿命试验1、寿命试验的分类,（三）寿命试验和加速寿命试验,1、寿命试验的分类2）加速寿命试验：步进应力加速寿命试验：以积累损伤失效物理模型为理论依据，试验时，每组样品固定一个逐级升高应力的时间，直到足够数量的样品失效为止。一般假定前一级试验对本级试验的影响可忽略不计，实际上往往不可忽略，所以试验的预计精度较低。优点是试验周期较短，通常用于工艺对比、筛选摸底定性分析场合。,（三）寿命试验和加速寿命试验1、寿命试验的分类,（三）寿命试验和加速寿命试验,1、寿命试验的分类2）加速寿命试验：序进应力加速寿命试验：可近似看作步进应力的每级应力差很小的极限情况。进行这种试验需
31、专门的程序控制，一般很少采用。,（三）寿命试验和加速寿命试验1、寿命试验的分类,（三）寿命试验和加速寿命试验,2、寿命试验设计1）试验目的可靠性测定，即确定产品的寿命分布和失效率、平均寿命等参数；可靠性试验，即通过寿命试验来判断某批产品能否符合规定的可靠性要求；可靠性鉴定，就是鉴定产品的设计和生产工艺是否能生产出符合可靠性要求的产品。,（三）寿命试验和加速寿命试验2、寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,2、寿命试验设计2）试验对象寿命试验的样品必须在筛选试验和例行试验的合格批中抽取，所选择的样品必须具有代表性。样品数量要能保证统计分析的正确性，又要考虑试验代价不能太大，并为实验设备条件
32、所允许。3）试验条件要了解产品贮存寿命，需施加一定的环境应力；要了解产品工作寿命，需施加一定的环境应力和电应力。并且试验条件要严格控制在误差很小的范围内，保证试验的一致性。,（三）寿命试验和加速寿命试验2、寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,2、寿命试验设计4）试验截止时间寿命试验做到全数试样失效是不现实的，从统计分析的角度来看，也是不必要的，只要有一定部分的试样失效就可以停止试验，这叫截尾寿命试验，分为定数截尾和定时截尾两种。它们又各分为有替换和无替换两种。5）测试周期选定原则是要使每周期内测得的失效数大致相同，测试工作量不致太大，但又要尽可能详细地了解发生事件。,（三）寿命试验和加
33、速寿命试验2、寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,2、寿命试验设计6）失效判据通常以产品技术指标是否超出最大允许偏差范围作为失效判据，也可用是否出现致命失效作为判据，应根据使用要求在试验前作出明确规定。,（三）寿命试验和加速寿命试验2、寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,2、寿命试验设计7）数据记录和处理按产品失效的数量、时间列出累积失效概率表，以便对失效分布类型及可靠性指标作出估计；按失效产品的失效形式分别统计作出主次图，找出影响可靠性的主要因素；有条件时还应对失效样品进行失效物理分析，找出材料、设计、工艺方面的原因，采取对策来提高可靠性。,（三）寿命试验和加速寿命试验2、寿
34、命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,3、指数分布条件下的寿命试验设计1）产品寿命试验周期2）产品寿命试验的投试样品量投试样品量和试验时间及试验结果有关，和产品价值及统计误差有关。试样数大于20时，,（三）寿命试验和加速寿命试验3、指数分布条件下的寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,3、指数分布条件下的寿命试验设计3）产品寿命试验的截止时间试验截止时间与样品数及希望达到的失效数有关，当累积失效率r/n(%)达到某规定值就结束试验时，试验时间约为：,（三）寿命试验和加速寿命试验3、指数分布条件下的寿命试验设计,（三）寿命试验和加速寿命试验,4、加速寿命试验的设计问题1）加速应力S的选
35、择估计电子元器件在常温下的贮存寿命特征时，可选择环境温度作为加速应力；估计电子元器件在额定条件下的工作寿命特征时，可选择直流电压（或电流、功率）作为加速应力。,（三）寿命试验和加速寿命试验4、加速寿命试验的设计问题,（三）寿命试验和加速寿命试验,4、加速寿命试验的设计问题2）确定加速应力水平（S1,S2,Sk)和样品数量一般k不得小于4，但也不宜过多。为保证试验的准确性，最高应力和最低应力之间应有较大的间隔。其中一个应力水平应接近或等于产品额定值。最高应力水平不得大于产品结构材料和制造工艺所能承受的极限应力，以免带进新的失效机理。试验样品随机抽取，一般等分为k组，每个应力水平下样品数量不少于1
36、0只，特殊情形下不少于5只。,（三）寿命试验和加速寿命试验4、加速寿命试验的设计问题,（三）寿命试验和加速寿命试验,4、加速寿命试验的设计问题3）确定测试周期和停试时间由于寿命分布的密度函数大都近于指数形式，所以一般按对数等间隔选取测试时间；在每个加速应力水平下，测试点个数不得少于5个（指能测到失效产品的失效点），每个测试点上的失效数应当相近；常用分组截尾试验，一般要求各组截尾失效ri占各组投试数ni的50以上，至少占30以上。,（三）寿命试验和加速寿命试验4、加速寿命试验的设计问题,产品可靠性加速试验方法,传统的加速寿命试验方法高加速应力试验（HAST）,产品可靠性加速试验方法传统的加速寿命
37、试验方法,传统的加速寿命试验方法,ALT（Accelerated Life Test）试验中保持试验应力不变。依据 Arrhenius 方程 t= Aexp(EkT) 式中 A-常数，E-激活能，k-玻尔茨曼常数，T-绝对温度反应速率与温度成正比，即产品寿命与温度成反比,传统的加速寿命试验方法ALT（Accelerated Lif,传统的加速寿命试验方法,传统的加速寿命试验方法,传统的加速寿命试验方法,恒定应力加速寿命试验一般要求一般需要选取35个应力水平。在不改变产品失效机理前提下，最高应力尽可能取大些 ；在保证加速效果的前提下，最低应力尽可能接近额定水平步进应力加速寿命试验在试验过程中，应
38、力随时间阶段由低到高一步一步增强，直至相当部分试验样品失效。无法考虑应力累积效应，参数估计精度低，故适用于定性分析场合。序进应力加速寿命试验在试验过程中，应力随时间等速连续增强。数据处理困难,传统的加速寿命试验方法恒定应力加速寿命试验一般要求,高加速应力试验方法,HAST（Highly Accelerated Stress Test） 90年代后，为考核产品质量和可靠性，快速暴露产品的设计和制造缺陷高加速应力试验（HAST，highly accelerated stress test）技术在可靠性试验中不断发展，为提高产品可靠性提供了有效的工具。,高加速应力试验方法HAST（Highly Ac
39、celera,HALT & HASS,HALT（Highly Accelerated Life Test） HASS（Highly Accelerated Stress Screen）HALT与传统的可靠性试验方法不同，一是激发故障，以快速暴露设计缺陷，把产品的潜在缺陷激发成可观察到的故障，进而对设计诸方面进行分析和改进 ；二是采用施加步进应力，在远大于产品额定条件的极限应力下进行加速试验，找出产品的极限水平，据此来制定产品HASS试验的应力条件，然后通过HASS快速剔除产品潜在的早期缺陷，保障产品的使用可靠性。,HALT & HASSHALT（Highly Acceler,HALT & HA
40、SS 原理,有缺陷零部件和元器件（如焊点有气泡，引线有划痕等）之所以容易失效，是由于其上集中的应力比无缺陷的要高，而且失效加速因子与应力呈指数关系增加，而非等比关系。HALT和HASS试验正是利用这些原理进行的。,休斯公司在研究高效ESS时发现：1. 在振动量级较低时，发现的产品潜在缺陷随时间的推移 增加缓慢；而当振动量级较高时，在相同时间内发现的 潜在缺陷迅速增加。2. 在相同的循环周期下，高温变率发现的产品潜在缺陷远 多于低温变率，即可用较少的循环周期达到相同效果。,HALT & HASS 原理有缺陷零部件和元器件（如焊点有气,HALT & HASS 原理,G.K.Hobbs设计了一种金属
41、试件，就强应力对疲劳寿命的影响，进行了研究发现：1. 当应力增加1倍时，疲劳寿命下降到原来的1/1000，且缺陷处应力集中度高达23倍，即该处的疲劳寿命相应降低了好几个数量级，使缺陷产品与无缺陷产品在相同的强应力作用下，疲劳寿命大大下降，致使有缺陷的产品迅速暴露，而无缺陷的损伤极小。2. 强应力激发出的产品失效模式与正常使用条件下的相同， 因此强应力试验的有效性得到了验证。,HALT & HASS 原理 G.K.Hobbs设计了一种金,HALT & HASS 原理,1990年S.A. Smithson发表的论文中，给出了不同温变率下的筛选效果 。说明在筛选效果相同的条件下，不同温变率与循环次数
42、及筛选时间的关系,HALT & HASS 原理1990年S.A. Smiths,HALT & HASS 原理,HALT & HASS 原理HASTHALTHASS试验样品,HALT & HASS设备,美国QUALMARK公司,主要设备及其基本技术参数 高速温变箱 温度范围：-100+200 温变速率：60/分钟高强宽带随机振动台 振动频率：5-10000 Hz 加速度值：100 GRMS （XYZ线加速+转向加速，六自由度）多应力综合试验箱 高速高低温变 +高强宽带随机振动 +湿度应力,HALT & HASS设备美国QUALMARK公司主要设备及,产品的各种应力极限示意图,产品的各种应力极限示
43、意图,各种应力的失效百分比（%） QUALMARK公司试验中心进行33个公司47个产品试验数据汇总,各种应力的失效百分比（%） QUALMARK公司试验中心进,HALT 应用实例,波音777飞机电子设备进行的试验，试验是在外场可更换单元上进行的。施加温度循环、随机振动和两者的综合应力。温度循环分四档进行，即 -15+70，-30+85，-40+100 和 -55+115。在每个极端温度上保温10min。温变率为20/min（最低要求温变率为15/min）。每档进行11个周期温度循环，同时在每个周期施加附表中所示的电应力。随机振动从2Grms开始，按2Grms步长施加。每步均保持10min，并观
44、察产品有无损坏直至28Grms。,HALT 应用实例波音777飞机电子设备进行的试验，试验是在,HALT 应用实例,试验设备性能：温变率最高为30/min，温度范围-60+150，采用三轴六自由度激振台，振动量级可控制在230Grms之内。 波音777未做可靠性强化试验(RET)的LRU的外场更换率为35%，而经RET的LRU的更换率只有4%。 波音公司要求所有新研制的设备和在服役中可靠性低或需大修，以及重新鉴定的现有设备都必须做RET。,HALT 应用实例试验设备性能：温变率最高为30/min，,HASS 试验方法简介,筛选剖面确定 温度取产品工作极限的80%，而温差需 100 。但如果产品
45、的温度工作极限与损坏极限之间有足够的裕度，则HASS温度可取在这二者之间，以筛选出在工作极限内短时间难以发现的缺陷；振动取产品损坏极限的50%，但不要工作极限的80%。,HASS 试验方法简介筛选剖面确定,HASS 试验方法简介,筛选效果验证 根据确定的筛选剖面，对已筛样品按该剖面至少再进行3050次连续试验（而没有任何失效），以验证剖面的有效性。也可在试样中人为植入缺陷（如虚焊等），并适当调整应力，尽量在第一循环就暴露。剖面调整后仍需验证。批产品HASS 剖面验证后，就可用于产品筛选。对筛选结果进行连续监控（包括外场），以分析、调整、修改和完善HASS剖面。,HASS 试验方法简介筛选效果验
46、证,HASS 试验方法简介,Gregg K. Hobbs认为不管采用什么筛选方法，筛选过程总要消耗产品一部分使用寿命，如果使用应力和损坏应力之间的余量很小，就根本不能运用任何应力筛选方法进行筛选。因此必须根据HALT得到的工作极限和损坏极限，摸清产品的设计余量，以此来制订HASS方案与确定HASS的量级，以保证产品在筛选中消耗的使用寿命的量是可以接受的。,HASS 试验方法简介Gregg K. Hobbs认为不管采,HASS 试验方法简介,筛选的有效性是以充分激发产品缺陷又不过量消耗产品使用寿命的能力来度量的。即：一是能检测出可能造成产品故障的隐患，二是经筛选后不致造成产品损坏或“内伤”。对于
47、复杂产品，应由低到高分层进行HASS，才能保证最后产品的可靠性。,HASS 试验方法简介筛选的有效性是以充分激发产品缺陷又不过,HALT/HASS 试验方法简介,产品不同其工作极限和损坏极限也不同。因此，不存在统一的 HALT/HASS 应力。应根据各自特点，选择产品最敏感的应力进行筛选。 产品失效/故障分析及其改进措施，是 HALT/HASS 的核心。因此，在试验过程中不能轻易放过任何一个被激发出的故障，只有采用有效的纠正措施，才能加速设计和工艺的成熟，充分发挥 HALT/HASS 的作用。,HALT/HASS 试验方法简介产品不同其工作极限和损坏极限,HALT/HASS 试验方法简介,开展
48、 HALT/HASS 需要大量设备、资源和专职人员。一个产品的HALT/HASS必须由设计开发、生产制造、质量与可靠性管理人员共同参与，以提供受试产品、试验设备，以及时间、经费、人员和失效分析等资源保障。 目前国内对HALT/HASS的技术的掌握还不充分，面临的课题很多，如试验方法的深入研究、试验信息处理与统计分析、标准和规范的制定、试验能力的提升等，这些问题直接影响HALT/HASS的推广应用，不是简单购置新的试验设备就能解决。,HALT/HASS 试验方法简介开展 HALT/HASS 需,可靠性评定,系统可靠性评定是指依据对系统进行可靠性试验所得的数据或其他有关系统可靠性的信息，对系统的可靠性特性（如系统的平均寿命等）进行评估。常用的系统可靠性评定方法有点估计、区间估计、极大似然估计等。,可靠性评定系统可靠性评定是指依据对系统进行可靠性试验所得的数,可靠性评定,进行系统可靠性评定的一般过程为：建立系统可靠性模型（串联、并联等）；确定所用的系统可靠性评定模型及估计方法；获取试验数据或验前信息；运用评定模型对系统的可靠性特性进行估计，可能时给出置信区间。,可靠性评定进行系统可靠性评定的一般过程为：,
