電子產(chǎn)品的可靠性試驗研究及方法

1、電子產(chǎn)品的可靠性試驗研究及方法關(guān)鍵詞: 高低溫試驗箱 高低溫交變試驗箱 高低溫交變箱 高低溫交變濕熱試驗箱 高低溫濕熱試驗箱 恒溫恒濕箱 恒溫恒濕試驗箱 振動臺文章來自宇輝儀器 電子產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它是電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成部分。一個電子產(chǎn)品盡管其技術(shù)性能指標(biāo)很高，但如果它的可靠性不高，它的質(zhì)量就不能算是好的。 1、引言      電子產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下及規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，它是電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要組成部分。一個電子產(chǎn)品盡管其技術(shù)性能指標(biāo)很高，但如果它的可靠性不高，它的

2、質(zhì)量就不能算是好的。產(chǎn)品的可靠性不高將會給生產(chǎn)帶來很大損失，隨著控制系統(tǒng)的大型化，一個系統(tǒng)所用的電子元件越來越多，只要其中一個元件發(fā)生故障，一般都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生故障，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟損失將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一個元件本身的價值，所以元件的可靠性越來越重要。電子產(chǎn)品是否適應(yīng)預(yù)定的環(huán)境和滿足可靠性指標(biāo)，必須通過可靠性試驗進行鑒定或考核；有時還需通過試驗來暴露產(chǎn)品在設(shè)計和工藝中存在的問題，通過故障分析確定主要的故障模式和發(fā)生的原因，進而采取改進措施。所以可靠性試驗不僅是可靠性活動的重要環(huán)節(jié)，也是進一步提高產(chǎn)品可靠性的有效措施。 2、電子產(chǎn)品可靠性特點 電子產(chǎn)品的可靠性變化一般都有一定的規(guī)律，其特征曲線如圖1所

3、示，由于其形狀象浴盆，通常稱之為“浴盆曲線”。從圖1可以看出，在產(chǎn)品試驗和設(shè)計初期，由于設(shè)計制造中的錯誤、軟件不完善以及元器件篩選不夠等原因而造成早期失效率高，通過修正設(shè)計、改進工藝、老化元器件、以及整機試驗等，使產(chǎn)品進入穩(wěn)定的偶然失效期；使用一段時間后，由于器件耗損、整機老化以及維護等原因，產(chǎn)品進入了耗損失效期。這就是可靠性特征曲線呈“浴盆曲線”型的原因。 通常我們定義，在多次實驗中，某隨機事件出現(xiàn)的次數(shù)叫做該事件的頻數(shù)。如在M次試驗中，事件A出現(xiàn)的頻數(shù)是M，則事件A出現(xiàn)的相對頻數(shù)是M / N。在狀態(tài)不變的條件下，在多實踐中，事件A出現(xiàn)的相對頻數(shù)就反映了該事件A出現(xiàn)的可能性。它是事件A出現(xiàn)的

4、一個大概的百分率，稱為事件A概率，記為P（A）。 P（A）=M / N （N很大） （1） 所以電子產(chǎn)品可靠性定義中的“完成規(guī)定功能的能力”，確切的說是完成規(guī)定任務(wù)的概率。例如，設(shè)一批電子產(chǎn)品于t=0時出廠，到時間t時還剩N個發(fā)生故障。顯然,N是t的函數(shù)，記為N(t)。在t時還在工作的N(t)個中，單位時間出故障的百分率叫做這批電子產(chǎn)品的瞬時故障率，記為(t)。 到t+ t時，還在工作的有N(t+ t)個，亦即在t到（t+ t）/t個，所以 (t)=N（t）-N(t+ t) / N（t）t -N(t) t / N（t）t =- N(t) / N（t） 產(chǎn)品故障率的倒數(shù)叫產(chǎn)品平均無故障時間（也稱

5、平均壽命），用它來表示可靠性水平的高低。例如，故障率等于是2%/月，即平均壽命等于50個月表示正在工作的產(chǎn)品中1個月會有2%出故障，這平時（50個月），大體上還有36.4%在工作，到了2倍的平均壽命時，大體上還有13.2%在正常工作。 電子產(chǎn)品的故障規(guī)律有其自身的特點，國內(nèi)外大量可靠性試驗數(shù)據(jù)都說明：正常運轉(zhuǎn)期的電子產(chǎn)品的故障率約等于常數(shù)。其物理意義是：在任何時間，還在工作的產(chǎn)品，在單位時間內(nèi)大體上有固定百分比的產(chǎn)品要出故障。例如某種大功率管的故障率為每月2%，如果出廠一萬只管子，則第一個月大體上有2%即200只管子出故障，剩下9800只。第二個月內(nèi)大體上又有2%即196只出故障，以此類推，第

6、50個月末，大體還剩3641只。它的特點是在正常運行期內(nèi)也是不斷出現(xiàn)故障。電子產(chǎn)品質(zhì)量的好壞在于故障率的高低，不象機械產(chǎn)品那樣，有一個基本上不出現(xiàn)故障的正常工作期。 3、電子產(chǎn)品的可靠性試驗 為了評價分析電子產(chǎn)品可靠性而進行的試驗稱為可靠性試驗。試驗?zāi)康耐ǔＳ腥缦聨追矫妫海?）在研制階段用以暴露試制產(chǎn)品各方面的缺陷，評價產(chǎn)品可靠性達到預(yù)定指標(biāo)的情況；（2）生產(chǎn)階段為監(jiān)控生產(chǎn)過程提供信息；（3）對定型產(chǎn)品進行可靠性鑒定或驗收；（4） 暴露和分析產(chǎn)品在不同環(huán)境和應(yīng)力條件下的失效規(guī)律及有關(guān)的失效模式和失效機理；（5）為改進產(chǎn)品可靠性，制定和改進可靠性試驗方案，為用戶選用產(chǎn)品提供依據(jù)。 對于不同的產(chǎn)品

7、，為了達到不同的目的，可以選擇不同的可靠性試驗方法?？煽啃栽囼炗卸喾N分類方法，如以環(huán)境條件來劃分，可分為包括各種應(yīng)力條件下的模擬試驗和現(xiàn)場試驗；以試驗項目劃分，可分為環(huán)境試驗、壽命試驗、加速試驗和各種特殊試驗；若按試驗?zāi)康膩韯澐?，則可分為篩選試驗、鑒定試驗和驗收試驗；若按試驗性質(zhì)來劃分，也可分為破壞性試驗和非破壞性試驗兩大類。但通常慣用的分類法，是把它歸納為五大類，即環(huán)境試驗、壽命試驗、篩選試驗、現(xiàn)場使用試驗和鑒定試驗。 (1) 環(huán)境試驗是考核產(chǎn)品在各種環(huán)境（振動、沖擊、離心、溫度、熱沖擊、潮熱、鹽霧、低氣壓等）條件下的適應(yīng)能力，是評價產(chǎn)品可靠性的重要試驗方法之一。 (2) 壽命試驗是研究產(chǎn)品

8、壽命特征的方法，這種方法可在實驗室模擬各種使用條件來進行。壽命試驗是可靠性試驗中最重要最基本的項目之一，它是將產(chǎn)品放在特定的試驗條件下考察其失效（損壞）隨時間變化規(guī)律。通過壽命試驗，可以了解產(chǎn)品的壽命特征、失效規(guī)律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗過程中可能出現(xiàn)的各種失效模式。如結(jié)合失效分析，可進一步弄清導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要失效機理，作為可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)測、改進新產(chǎn)品質(zhì)量和確定合理的篩選、例行（批量保證）試驗條件等的依據(jù)。如果為了縮短試驗時間可在不改變失效機理的條件下用加大應(yīng)力的方法進行試驗，這就是加速壽命試驗。通過壽命試驗可以對產(chǎn)品的可靠性水平進行評價，并通過質(zhì)量反饋來提高新產(chǎn)品可靠性水平。

9、 (3) 篩選試驗是一種對產(chǎn)品進行全數(shù)檢驗的非破壞性試驗。其目的是為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔早期失效的產(chǎn)品，以提高產(chǎn)品的使用可靠性。產(chǎn)品在制造過程中，由于材料的缺陷，或由于工藝失控，使部分產(chǎn)品出現(xiàn)所謂早期缺陷或故障，這些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保證在實際使用時產(chǎn)品的可靠性水平。 可靠性篩選試驗的特點是：（1）這種試驗不是抽樣的，而是100%試驗；（2）該試驗可以提高合格品的總的可靠性水平，但不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，即不能提高每個產(chǎn)品的壽命；（3）不能簡單地以篩選淘汰率的高低來評價篩選效果。淘汰率高，有可能是產(chǎn)品本身的設(shè)計、元件、工藝等方面存在嚴(yán)重缺陷，但也有可能是篩選應(yīng)力強度太高。淘

10、汰率低，有可能產(chǎn)品缺陷少，但也可能是篩選應(yīng)力的強度和試驗時間不足造成的。 通常以篩選淘汰率Q和篩選效果值來評價篩選方法的優(yōu)劣：合理的篩選方法應(yīng)該是值較大，而Q值適中。 上述各種試驗都是通過模擬現(xiàn)場條件來進行的。模擬試驗由于受設(shè)備條件的限制，往往只能對產(chǎn)品施加單一應(yīng)力，有時也可以施加雙應(yīng)力，這與實際使用環(huán)境條件有很大差異，因而未能如實地、全面地暴露產(chǎn)品的質(zhì)量情況?，F(xiàn)場使用試驗則不同，因為它是在使用現(xiàn)場進行，故最能真實地反映產(chǎn)品的可靠性問題，所獲得的數(shù)據(jù)對于產(chǎn)品的可靠性預(yù)測、設(shè)計和保證有很高價值。對制定可靠性試驗計劃、驗證可靠性試驗方法和評價試驗精確性，現(xiàn)場使用試驗的作用則更大。 鑒定試驗是對產(chǎn)品

11、的可靠性水平進行評價時而做的試驗。它是根據(jù)抽樣理論制定出來的抽樣方案。在保證生產(chǎn)者不致使質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品被拒收的條件下進行鑒定試驗.4、可靠性試驗方法 電子產(chǎn)品的可靠性試驗方法有多種，下面介紹幾種常用的方法。 第一種方法是“試驗問題記錄再試驗”模式。該方法就是把初步研制的產(chǎn)品，通過試驗發(fā)現(xiàn)問題時，不是立即進行改進，而是把問題記錄下來，待在一個試驗階段結(jié)束以及下一個階段開始之前，根據(jù)各種失效模式的失效機理，集中地進行改進，然后再進行試驗。采用這種試驗法，產(chǎn)品可靠性將有較大的躍進。這種試驗法，比較適用于一批試驗機中，出現(xiàn)幾個問題，其中一種問題是占主要地位而其余問題是次要的情況。 第二種方法是“試

12、驗改進再試驗”模式。該方法就是把初步研制的產(chǎn)品，通過試驗，暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，分析產(chǎn)品的失效模式和失效機理，找出問題就立即改進，然后再試驗證實所解決的問題，使產(chǎn)品的可靠性得到增長。這種方法在電子產(chǎn)品的研制階段，通過系統(tǒng)試驗，暴露出產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)之后，根據(jù)具體情況，立即進行必要的改進是能夠使產(chǎn)品的可靠性有大幅度的增長，這種方法比較適用于試驗中只出現(xiàn)一種比較普遍和嚴(yán)重問題的情況，針對性較強。 第三種方法是“含延緩改進的試驗改進再試驗”模式。該方法是將方法一和方法二結(jié)合起來，通過試驗發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品的問題，有些改進在試驗中了產(chǎn)品的問題，有些改進在試驗中立即著手進行，有些延緩到試驗結(jié)束后再作改進。在試驗中，對

13、能及時改進的問題，立即采取措施改進產(chǎn)品，提高可靠性，在試驗階段結(jié)束后，把延緩的問題至下次試驗開始前進行改進，然后再進行試驗，使產(chǎn)品的可靠性得到較大的增長。這種方法比較適合于試驗中出現(xiàn)幾種問題，并且一些問題能短期容易改進的，另一些問題卻需要相當(dāng)一段時間才能改進的綜合情況。 對于以上所述的三種方法，電子產(chǎn)品在研制階段中，經(jīng)過系統(tǒng)的試驗，要根據(jù)暴露出的問題作具體分析，靈活應(yīng)用。可靠性試驗中常用的三種方法往往是周而復(fù)始地循環(huán)，并且一個循環(huán)比一個循環(huán)產(chǎn)品的可靠性水平向上增長，另外可靠性試驗除通過系統(tǒng)試驗外，還應(yīng)根據(jù)具體情況通過氣候環(huán)境試驗、機械環(huán)境試驗和人為正常使用等各方面的試驗來暴露產(chǎn)品生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)，進行綜合的科學(xué)分析，做相應(yīng)的改進，使得電子產(chǎn)品在設(shè)計研制階段對其固有可靠性有進一步的提高。 5、結(jié)束語 電子產(chǎn)品的可靠性十分重要，是產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)。我國電子儀器的可靠性試驗遵循的標(biāo)準(zhǔn)是GB11463電子測量儀器可靠性試驗，一般產(chǎn)品在鑒定時的可靠性指標(biāo)是300H，如果按常用的定時截尾試驗方案進行可靠性考核，總的試驗時間要達到10000H左右。由于電子產(chǎn)品在設(shè)計研制階段經(jīng)歷了反復(fù)多次的“試驗分析改進再試驗”的可靠性增長試驗過程。在這個過程中，由于采取了改進設(shè)計及工藝措施等一系列措施來消除失效