可靠性介绍

深圳索普拓科技有限公司王立春可靠性知识介绍概念介绍可靠性和质量不可分离，其前身是伴随着兵器的发展而诞生和发展的。从公元前26世纪冷兵器时代开始经过4000年发展，成熟期在二战时期。德国使用火箭和美国使用原子弹为标志。美国当时的航空无线电设备有60%不能正常工作，电子设备在规定的使用期限内公有30%的时间能有效工作。二战期间，因可靠性引起的飞机损失惨重，损失飞机2100架，是被击落的1.5倍。可靠性的发展背景可靠性概念的提出•美国：1939年，美国航空委员会提出飞机事故率→最早的可靠性指标•1944年，纳粹德国试制V-2火箭→提出火箭可靠度是所有元器件可靠度的乘积（认为系统是串联），最早的系统可靠性概念•1947年美国费兰德雪尔研究结构可靠性；1970年扩大到机械产品→机械可靠性理论可靠性发展的历史•1957年Americangroupreliabilityofelectronicequipment可靠性设备顾问团（AGREE）(电子装置可靠性咨询委员会发表了奠基性报告)•1962年美国召开可靠性、维修性和故障物理学学术讨论会；经过努力，阿波罗号710万个零件的故障率为零•1974年，美国原子能委员会利用故障树分析方法评价故障引起世界各国注意可靠性相关知识知识引入材料力学的安全系数n=强度/应力=δ/σ为什么引入材料力学？材料为什么会失效/损伤？设计问题应力状态发生变化强度变异磨损失效时间关联失效潜在现象（阿波罗飞船火灾）其它原因材料破坏理论材料破坏理论：一般遵循应力-强度理论应力（s）：应力、压力、温度、湿度、冲击等强度（r）:阻止系统和零部件失效的因素rs实际材料特点：不均质、多扎性等机械可靠性机械可靠性可靠性内容什么是可靠性？可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性又可分为两种：一种是固有可靠性，是指产品在设计、制造过程中，产品对象已经赋予的固有属性，这部分的可靠性是在产品在设计开发时可以控制的；一种是使用可靠性，是指产品在实际使用过程中表现出来的可靠性，除了固有可选性的影响因素外，还需要考虑产品安装、操作使用、维修保障等各方面因素的影响。可靠性试验失效率时间早期失效偶然失效段耗损失效早期失效段，也称早期故障阶段。出现在产品寿命的较早时期，产品装配完即进入此时期，其特点是故障率较高，且随工作时间的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产生。例如原材料缺陷引起，焊接缺陷引起虚焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起性能失效等。可通过加强原材料和元器件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施加以暴露和排除。恒定失效段，也称偶然失效段，其故障由装备内部元器件、零部件的随机性失效引起，其特点是故障率低，比较稳定，因此是装备主要工作时段。耗损失效段，其特点是故障率迅速上升，导致维修费用剧增，因而报废。其故障原因主要是结构件、元器件的磨损、疲劳、老化、损耗等引起。可靠性试验常规可靠性测试内容常规可靠性测试内容结构可靠性1、自由跌落测试2、随机振动测试3、正弦振动测试4、机械冲击测试5、寿命插拨测试（连接头或插头）6、寿命测试（线缆类）环境可靠性1、高温高湿测试2、高温运行测试3、高温存储测试4、低温运行测试5、低温存储测试6、高低温冲击测试7、高低温循环测试8、ESD测试9、盐雾测试（五金类）常规可靠性测试内容结构可靠性-11、自由跌落测试举例：手机或其它电子产品试验目的：检验产品在搬运期间由于粗造装卸遭到跌落的适应性试验设备：跌落实验机试验样品：6SETS试验内容：被测产品不包装，不带附件，处于导通状态。从1M的高度（如果LCM面积超过产品表面积的60%，跌落高度为50CM），初速度为0并自由跌落于光滑混凝土地面上，每面跌落3次，6面共计18次，试验结束，取出样品进行试验后检查。判定标准：测试后手机基本功能、性能正常，外观、结构正常。2、随机振动测试举例：电子产品试验目的：检验产品经受规定严酷等级的随机振动测试试验设备：振动仪试验样品：6SETS试验内容：被测样品不包装，处于通电状态，牢固固定在测试台，试验参数：频率范围5-20Hz，功率频谱度0.96M2/S3；频率范围20-500Hz，功率频谱度0.96M2/S3（20Hz处），其它-3dB/℃T.轴向：三个轴向，持续时间，每方向1小时，共3小时，持续时间结束，取出样机进行测试后检查。判定标准：通过基本功能测试；外观/结构正常，未见零件松动、裂开异常。结构可靠性-23、正弦振动测试举例：电子产品类试验目的：模拟运输过程中振动对产品造成的影响试验设备：振动测试仪试验样品：2carton试验内容：振动宽度（Vibrationwidth）:2mm/2.8g;扫周率（SweepFrequency）:10to30Hz;方向（Direction）:六个面（x.y.zaxis）;测试时间：30分/每个面（30Minutesperaxis），测试完成后检验产品的外观结构及各项功能。判定标准：通过基本测试，外观/结构正常，未见零件松动异常结构可靠性-34、机械冲击测试举例：电子产品类试验目的：模拟运输过程中振动对产品造成的影响试验设备：振动测试仪试验样品：2carton试验内容：半正弦波，峰值加速度30g,持续时间18ms,每个面5次;方向（Direction）:六个面（x.y.zaxis）共30次，测试完成后检验产品的外观结构及各项功能。判定标准：通过基本测试，外观/结构正常，未见零件松动异常试验的严苛程度取决于波形、G值、脉冲时间、冲击次数。日常生活中我们最常碰到冲击的波形有半正弦波、方波和锯齿波，试验以未包装产品为主，一般采取三轴六面，每面冲击三次为主要规格。结构可靠性-45、寿命插拨测试(连接头或插头类产品)目的：测试设备是否能达到寿命要求。方法：模拟使用环境，进行插拨测试。6、寿命测试（线缆类）目的：测试线缆强度是否达标。方法：用一定的力拉伸、弯拆一定次数。结构可靠性-5环境可靠性测试-11、高温存储测试方法：产品断电放置高温（如60度）中，存放24小时或更久。2、高温运行测试方法：产品开机启动放置在高温（如40度）中，存放8小时或更长，整个过程中要求功能正常。3、高温高湿测试方法：产品断电放置于高温（比高温运行增中5度）湿度90%±3%的环境中24小时或更久。4、低温存储测试方法：产品断电放置在低温（如-40度）24小时或更久。环境可靠性测试-25、低温运行测试方法：无包装产品开机启动后放置低温环境中（-20度）中，工作8小时或更久，整个过程要求功能正常。6、高低冲击测试方法：被测产品不包装、不导通或不带电池状态，以正常位置放入试验箱内，高温为60℃，稳定温度保持时间为2小时，低温为-30℃，，稳定温度保持时间为2小时，转换时间不大于15秒，循环次数为12次（1循环周期为4小时），循环期满，在正常大气条件下放置2小时，放置期满，被检样机立即进行产品测试后的检查。环境可靠性测试-37、高低温循环测试方法：高温保持温度同高温测试温度；低温保持温度同低温测试温度。温变率大于1℃/min,但应小于5℃/min。循环次数大于2次（研制测试）或8次（转产测试）。温度保持时间大于0.5小时（对无外壳单板）或2小时（对整机）。8、ESD测试方法：用静电枪在规定的环境中(常温温度25+/-3℃，常湿60%RH+/-5。)，对产品进行静电放电测试。接触放电测试：4KV(国际标准)空气放电测试：8KV(国际标准)环境可靠性测试-49、盐雾测试方法：1）盐溶液是用化学纯氯化钠和电阻率不低于5000欧母*CM蒸馏水或去离子水制成，经过充分的混合，制成氯化钠含量为5±1%的盐溶液，其PH值为6.5~7.2。2）试验有效空间内，任意一个位置的洁净收集器，连续收集的喷雾时间最少为16H，平均每小时在80CM2水平收集面积（直径约10CM）内，盐雾沉降量为1-2ML。3））试验有效空间内的温度为35℃，试验样品连续喷雾的时间最少为48H，试验样品在试验箱内恢复到正常的试验大气条件下，直至试验样品到达稳定温度后检验外观和功能。环境可靠性测试-5可靠性试验的作用-1恒定高温能激发的故障模式(或对产品的影响)主要有：使未加防护的金属表面氧化，导致接触不良或机械卡死，在螺钉连接操作时用力不当或保护涂层上有小孔和裂纹都会出现这种未防护的表面。加速金属之间的扩散，如基体金属与外包金属，钎焊焊料与元件，以及隔离层薄弱的半导体与喷镀金属之间的扩散；使液体干涸，如电解电容和电池因高温造成泄漏而干涸；使热塑料软化，如该热塑料件处于太高的机械力作用下，则产生蠕变；使某些保护性化合物与灌封蜡软化或蠕变；提高化学反应速度，加速与内部污染物的反应过程；使部分绝缘损坏处绝缘击穿。温度循环应力激发的故障模式或影响使涂层、材料或线头上各种微细裂纹扩大；使粘接不好的接头松驰；使螺钉连接或铆接不当的接头松驰；使机械张力不足的压配接头松驰；使质量差的焊点接触电阻加大或开路；粒子污染；密封失效可靠性试验的作用-2扫频正弦振动应力激发的故障模式或影响1）使结构部件、引线或元器件接头产生疲劳，特别是导线上有微裂纹或类似缺陷的情况下；2）使电缆磨损，如在松驰的电缆结处存在尖缘似的缺陷时；3）使制造不当的螺钉接头松驰；4）使安装加工不当的IC离开插座；5）使受到高压力的汇流条与电路板的钎焊接头的薄弱点故障；6）使未充分消除应力的可作相对运动的桥形连接的元器件引线造成损坏，例如电路板前板的发光二极管或背板散热板上的功率晶体管；7）已受损或安装不当的脆性绝缘材料出现裂纹可靠性试验的作用-3可靠性试验的作用-4随机振动应力激发的故障模式或影响1）随机振动应力激发的故障模式或影响与正弦扫频振动应力相同，但故障机理更复杂，发展故障的速度要比扫频正弦振动应力快得多，这是由于随机振动能同时激励许多共振点的作用结果。可靠性试验的作用-5振动应力的对比振动应力是定量环境应力筛选方法才采用的应力，它可以暴露温度循环暴露不了的某些缺陷。据统计，对电子设备而言，温度应力平均可以暴露79％的缺陷，而振动应力平均可以暴露21％的缺陷。因此，振动是不可缺少的筛选应力。扫频正弦振动台和随机振动台都可以作为振动环境应力筛选的设备，但试验证明，我们按照GJB1032《电子产品环境应力筛选》标准要求进行测试，两种振动应力的故障率相差甚大，随机振动是扫频振动的33倍！结论-1a)经典的老炼工艺与常规的恒温筛选对暴露产品的缺陷有一定的作用，但其筛选度和故障率数值很小，效率十分低，需要用相当长的时间才能达到消除早期失效(缺陷)的效果，因而可能会影响产品的使用寿命，有必要改用定量环境应力筛选方法。b)如果采用常温考机的办法作为产品出厂的依据，在几百小时内暴露不了一个缺陷，也说明不了产品的可靠性有什么样的水平，此法意义不大。c)定量环境应力筛选，需要采用温度循环应力，其效率已比恒定高温老炼筛选大为提高；就温度循环筛选而言，提高温变速率又是进一步提高筛选效率、减少筛选对产品使用寿命影响的最佳方法，我们要为此项筛选创造条件。d)定量环境应力筛选，需要采用振动应力，其中又可以采用扫频正弦振动或随机振动方式，但从筛选效率对比可知，随机振动方式是最佳的应力。为了提高筛选效率、减少振动应力筛选对产品结构件寿命的影响，应创造条件采用随机振动方式。结论-2