产品可靠性试验

1产品可靠性试验JerylHuOct13,20092一,产品可靠性概述二,可靠性试验基础知识三,环境试验标准四,环境试验内容五,可靠性筛选试验六,选择合适的环境试验和试验应力目录3一,产品可靠性概述环境国外：40年代重视可靠性，50年代调查分析、统计试验，60年代失效分析，强调环境试验的重要性70年代可靠性工程国内：50年代建立环境适应性试验基地60年代提出可靠性问题、70年代开展可靠性研究80年代以后可靠性保证、管理、系统工程78年电视机的MTBF300～500小时，年返修率95％从可靠性的发展历史看可靠性是战争的产物；是产品的重要指标；是企业的命脉。4环境试验目的1.考核产品在各种环境条件下的适应性和耐受性2.排除早期失效提高产品的质量3.为失效分析提供验证数据和有效的信息4.为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段5环境试验目的1.考核产品在各种环境条件下的适应性和耐受性2.排除早期失效提高产品的质量3.为失效分析提供验证数据和有效的信息4.为寿命试验和加速寿命试验提供试验手段6环境试验意义1.确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性，为设计、生产、使用提供有用的信息。2.充分暴露产品的潜在缺陷，为产品的改进、减少维修费用及保障费用提供信息。3.确认是否符合产品交收的可靠性定量要求4.确定产品的使用寿命、贮存寿命。5.发现－分析－纠正的循环过程，不断提高产品质量7环境试验和可靠性试验8环境试验应用范围1.产品的设计定型(型式)验证试验2.可靠性增长试验3.用于生产检查的试验（例行试验)4.用于产品的验收试验5.可靠性寿命试验6.研究性试验和失效分析验证7.环境应力筛选试验（ESS和HASS）8.产品的极限应力试验(RET,HALT)9环境试验类型环境试验是检验产品对各种环境应力的适应性,常用于快暴露产品缺陷的试验,是可靠性试验的主要技术手段.10本章小结环境试验的发展历程,环境试验目的、意义,应用范围环境试验和可靠性试验的不同环境试验的基本概念11二,可靠性试验基础知识MTBF,即平均无故障时间，英文全称是“MeanTimeBetweenFailure”。是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。它仅适用于可维修产品,在产品修复后,可重新算MTBF.同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。MTTF(meantimetofailure，平均失效前时间)，定义为随机变量、出错时间等的“期望值”。但是，MTTF经常被错误地理解为，“能保证的最短的生命周期”。它仅适用于不可维修产品.MTTF的长短，通常与使用周期中的产品有关，其中不包括老化失效。12可靠寿命、中位寿命与特征寿命产品的可靠度R（t）是时间的函数，随着时间的延长，产品的可靠度会越来越小。假定开始工作时t＝0，可靠度R（0）＝1。以后在不同的时刻，产品的可靠度将具有不同的r值。在可靠性工作中经常需要知道，对于给定可靠水平r，产品的可靠度下降到r时的时间是多少?这个时间就称为产品的可靠寿命R(tr)＝r产品失效数与可靠寿命tr的关系为：失效数n（r）＝100（1－r）％由上面的公式可求出可靠寿命与失效的样品数指数分布时可靠寿命与失效率的关系：tr＝－lnr-1/λ＝2.302(lg1/r)/λ13可靠寿命、中位寿命与特征寿命中位寿命:是指可靠水平r＝0.5时，此时产品有一半失效。特征寿命:是指可靠水平r＝e－1的可靠寿命，R(te－1)＝e－1。在指数分布的场合特征寿命与平均寿命重合，因此有MTBF＝1/λ14平均寿命（MTTF、MTBF)假定有N个产品，在t1，t2…ti，…tk各时刻的失效数分别为nn2…ni，…nk，那么(1)，(，)它们的算术平均值就可以用来估算平均寿命例5：80个样品的失效时间分组整理如表，如何估计这批产品的平均寿命a、先求出80个样品的总工作时间TT＝200×3＋600×18＋1000×26＋……＋3000×1＝96000hb、解这批样品的平均寿命的估计值MTBF＝T/N＝96000/80＝1200h15平均寿命（MTTF、MTBF)求平均寿命的估计值要注意以下内容：1、抽样要随机化，排除人为因素的干扰。2、一般来说，子样越大，估计的结果越精确。3、完全寿命试验中全部样品都必须在试验中失效，就可以采用算术平均值去估计平均寿命。4、试验过程中样品无失效或部分失效时，可采用截尾寿命试验。5、截尾寿命试验需要使用其他的公式估计平均寿命16截尾寿命试验截尾寿命定时截尾试验定数截尾试验17如何正确认识MTBF一批产品的MTBF＝10万小时如何认识它？一、通过MTBF我们可以知道该批产品的失效率λ产品在指数分布的情况下，MTBF和失效率之间存在一个可靠性数学中最为常见的公式：MTBF=根据公式我们可以了解MTBF为10万小时的产品，其失效率是多少？λ＝1/MTBF＝1/100000＝1×10－5小时二、通过MTBF我们可以了解该批产品的年返修率将10万小时换算为年（年＝8760小时），大约是11.4年，带入公式求出每年产品的失效率为λ＝1/11.4年＝0.087年结果是MTBF＝10万小时，该批产品的年返修率是8.7%。18如何正确认识MTBF例:已知设备是服从指数分布规律，且失效率λ＝4×10－4小时，请求出平均无故障工作时间是多少？如果要求有90%的把握不出故障，其使用时间应如何选择？对于指数分布来说带入公式：MTBF＝1/λ。可知其平均无故障时间为：MTBF＝1/4×10－4＝2500小时由于要求90%的把握不出故障（即可靠水平r＝90%），则根据可靠寿命公式：tr＝2.302（lg1/r）/λ解得：tr＝2.302×0.0458/4×lO－4小时＝263.6小时使用时间不应超过263小时。如要求产品有90%的把握不出故障，其工作时间不要超过MTBF的十分之一。注意：定购方要注意可靠水平r19整机MTBF评价的方法全寿命试验的局限性,使用加速试验的可能性解决方法1、不同的定时截尾试验的选择2、参数点估计的极大似然估计法（指数分布）3、参数的区间估计（指数分布）4、最佳和简单线性无偏估计（威布尔分布）5、目的不是寿命评价的HALT和HASS（提高使用可靠性）注意：所有试验室的MTBF都是估计值，如果有现场失效率统计数据，MTBF的可信度更高，因此生产单位完全可以通过统计失效率或维修数量来推算MTBF。20整机MTBF评价的方法对于生产单位如何进行MTBF的估算:1、采用传统的实验室试验评价方法（第三方评价）2、采用统计现场失效率的方法3、正确利用产品的老化时间a、选取同型号同批次的产品b、扣除批产品老化过程的早期失效时间c、统计失效和老化的台时，并计算MTBF是衡量产品可靠性特征的主要指标。其值越大可靠性越高。由于MTBF是寿命这个随机变量的数学期望，具有统计的意义，因此不能说明某一个产品无故障地工作时间21三,环境试验标准1、国标（GB2421‾4、GJB360）与IEC是设备和元器件的通用标准；2、军标（GJB150，MIL810）是设备环境试验标准；3、国家标准（GB、JIS、BS）协会标准（IPC）4、企业标准是已经过裁剪的，针对企业产品的标准；标准中不能说那个更好、更有效保证可靠性；一般来说最严酷的环境试验标准是汽车工业和宇航企业的标准；22环境试验标准23环境试验标准24试验步骤1.预处理——为消除或部分消除试验样品以前经历的各种效应，在条件试验前对试验样品所做的处理。2.初始检测——目的是保留试验前的技术参数，用于试验后的比较3.试验样品在试验设备中的安装（GJB）要考虑安装和连接问题4.试验——把试验样品暴露在试验环境中，以确定这些条件对试验样品的影响。5.恢复——在条件试验之后，最后检测之前，为使试验样品的性能稳定所做的处理6.中间检测——中间过程的参数测试7.重复（3）～（5）(7)最终检测——试验结束的参数测25环境试验顺序26环境试验顺序GJB150.1的附录A“环境试验顺序表”A组——地面设备(包括海军海岸用设备）：A1——一般基地（隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备。A2——一般基地（不隐蔽的）全部地面设备，但不包括电子与通讯设备，或飞机和导弹的地面支援设备。A3一一飞机和导弹的地面支援设备，包括飞机场室外设备、导弹发射架、维修用地面设备和检查设备等，但不包括电子设备。A4一一全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（隐蔽的）。A5——全部类型的通讯和电子设备及有电路的设备（不隐蔽的）。B组——空用设备（系指安装在飞机和直升飞机上的设备及空中发射和地面发射导弹上的设备）27环境试验顺序确定试验顺序的几种方法1、从最严酷的试验项目开始安排试验顺序;2、从最不严酷的试验项目开始安排试验顺序;3、从前一个试验所产生的结果由后一个试验来暴露或加强.4、从产品实际可能遇到的起主要影响的环境因素出现的次序考虑，安排试验顺序5、只要有可能，试验顺序的确定应以设备使用时工作条件资料为基础，当这种资料不能得到时，建议采用能给出最显著影响的试验顺序。6、考虑试验经费和试验时间来安排试验顺序28环境试验顺序试验顺序对产品的影响1、湿热试验后低温试验湿度试验会对产品的缝隙存有水，低温结冰时会扩大缝隙。2、振动与湿度的关系振动导致两种材料的结合缝隙扩大，湿热试验水汽更容易进入。3、湿热试验后温度循环的影响湿热后残存的水汽在温度循环加电工作时，容易形成电解，导致离子迁移29环境试验顺序环境试验需要注意的细节1、从一个试验转换到下一个试验必须测试参数2、超应力试验后的样品一般不要再继续试验3、试验样品根据情况需要有恢复时间4、通电试验要保证冷凝不会影响工作、低温不要使电容器不能工作，高温要在技术规范允许的条件下5、元器件和整机的试验存在差异，不要盲目套用30四,环境试验内容高温试验要求1、试验时，试验样品应尽可能放在试验箱中央，以便在试验样品的任何部分和箱壁之间有尽可能大的空间。2、试验箱的容积对试验样品体积之比应不小于5：1。3、试验样品任何表面和相对应的箱壁之间的最小距离应不小于10～20cm（距离与样品体积大小，散热瓦数有关）。高低温试验设备:两箱法；一箱法；两液槽法。31温度试验低温试验要求:1、试验样品任何表面与其对应的箱（室）壁间的最小距离大于15cm,2、箱（室）体积对试验样品体积之比不小于5:1（电子、仪表、低压电器类）或10:1（电视、变压器、高压电器等产品），3、在无强迫空气循环试验（优先选用）情况下，试验箱（室）与试验样品大小及其散热总量比较起来应足够大，要大到可以模拟“自由空气”条件的影响。4、用有强迫空气循环的试验箱（室）进行试验时，风速应尽可能低。5、条件试验结束时，对通电运行或加负载的试验样品应先停止通电或卸去负载，试验样品仍保留在试验箱（室）内，将试验箱（室）温度渐渐升高到正常的试验大气条件范围内，箱（室）内温度变化的速率为不大于1℃/min（不超过5min时间的平均值）。6、中间测量一般在箱内，样品不移出。32温度试验33温度试验循环次数一般为5次，除非另有规定严酷程度试验严酷程度由低温与高温温度差值、转换间和循环次数确定试验设备和要求温度冲击试验可采用两箱法。34温度试验35温度试验温度变化的应用1,在美国，冷热温度冲击试验经常作为产品出厂前的一种筛选试验形式对产品进行100%的全数检查。2,在日本，冷热冲击试验则作为加速可靠性试验的一种形式广泛应用于产品开发的阶段。3,筛选试验（ESS、HASS）4,焊接工艺评估5,内部互连的评估6,灌封材料的评估7,新材料、新工艺的评估36湿热试验试验方法的选择:湿热试验是产品三防（防潮、防霉、防盐雾）试验一，被广泛用于电子电工技术领域。要想得到最经济易控制、再现性好的试验结果，正确的选用试验方法非常重要的。(1)根据产品的受潮机理和吸湿方式选择湿热试验方法(2)根据产品本身的特征选择。(3)根据试验结果的再现