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1、产品可靠性试验质量部Prepareby:Chasteli李凤设第1页，共77页。n环境应力筛选试验技术(ESS)n高加速寿命测试（HALT）课程重点课程重点第2页，共77页。可靠可靠性性的的重要重要如果我们的产品有高的可靠性，那就能打入激烈竞争的世界市场，从而获得巨大经济效益；相反，则会被挤出市场电子产品的复杂程度在不断增加电子产品的复杂程度在不断增加一般说来，电子设备所用的元器件数量越多，其可靠性问题就越严重提高产品的信誉提高产品的信誉，企业的信誉，企业的信誉产品的技术性能指标作为衡量电子元器件质量好坏的标志，这只反映了产品质量好坏的一个方面，还不能反映产品质量的全貌。可靠性就是信誉，就是市
2、场。高可靠性产品可获得高的经济效益高可靠性产品可获得高的经济效益减少设备故障导致的停产损失，设备故障影响生产，造成巨大经济损失，特别是大型流程企业，关键设备的故障导致工厂停产导致巨大损失；高可靠性减少设备的维修费用高可靠性产品，才有高的竞争能力高可靠性产品，才有高的竞争能力第3页，共77页。什么是可靠性？什么是可靠性？可靠性的定可靠性的定义：产品在规定的条件下和规定的时间区间（或操作次数）内完成完成规定定规定功能的能力定功能的能力。规定的条件：定的条件：以时间为尺度度量产品的可靠特性，它是可靠性区别与产品其他特性的重要特性。产品的可靠性与规定的时间是密切相关的。产品的可靠性随着其使用时间的增长
3、而降低。p负载和和维护条件：条件：如供电电压、输出功率、载荷、使用方法、使用频率、操作人员的技术水平、维修方法等。p环境条件境条件：如气候环境（温度、湿度、压力等）、生物和化学环境（生物作用物质霉菌、化学作用物质盐雾等）、机械环境（振动、冲击等）、电磁环境（电场、磁场、电磁场等）。p储存条件存条件：如运输和保管等条件。规定的功能：定的功能：指产品标准或产品技术条件中所规定的各项技术性能（技术指标），如仪器仪表的准确度及其他静态、动态性能指标等。规定的条件定的条件第4页，共77页。使用可靠性：使用可靠性：产品在使用中表现出的一种能力特性，它与固有可靠性、安装、操作、维修等有关。可靠性的可靠性的分
4、类&定义固有可靠性：固有可靠性：产品在设计制造中赋予的可靠性。基本可靠性：基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间或概率。任任务可靠性：可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。第5页，共77页。失失效效率率早早夭期夭期随机失效期随机失效期老老化化期期产品寿命期品寿命期韦布布尔分布分布指数分布指数分布正正态分布分布产品失效的三个时期产品失效的三个时期浴缸曲线浴缸曲线什么是失效率曲什么是失效率曲线（浴（浴盘曲曲线）？）？产品的失效率随工作时间的变化具有不同的特点，根据长期以来的理论研究和数据统计，发现多数设备失效率曲线形同浴盘的剖面，它明显地分为三段，分别对元器件的三个不同阶段或时期
5、。早夭期随机失效期老化期表明器件在开始使用时，失效率很高失效率很高，但随着产品工作时间的增加，失效率迅速降低，这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行行试运运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过试验进行行筛选，剔除不合格品。偶然失效期，偶然失效期，也称随机失效期；这一阶段的特点是失效失效率率较低低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段。耗耗损失效期；失效期；该阶段的失效率随时间的延长而急速增加，急速增加，主要原因是器件的损失己非常的严重，寿命快到尽头了，可适当的
6、维修或直接更换了。第6页，共77页。早夭期早夭期故障率高:时间增加时,故障率减少.故障原因:1.设计缺陷.2.制程错误.3.使用不当.4.组件不良.故障消除法:1.除错(Debugging)2.烧机(Burnin)3.筛选(Screening)老化期老化期/磨耗期磨耗期故障率高:时间增加,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.预防保养(Preventive Maintenance)2.预先更换零件.3.翻修(Overhaul)随机失效期随机失效期/可用期可用期故障率为一定常数,故障率稳定且低.故障原因:1.偶发的(Chance Failure
7、).2.设计先天限制.3.使用造成意外.4.保养,维修不良.故障消除法:1.重新设计.2.制程管制.3.维修保养.失效时期早夭期随机失效期老化期常见失效机理设计不够完善环境条件的变化波动氧化,腐蚀选用有缺陷的原材料误用疲劳,磨损制程,工艺不够完善性能退化各个失效期的原因及各个失效期的原因及预防措施防措施第7页，共77页。各个各个阶段可靠性段可靠性试验-目的目的（1 1）在研制阶段：使产品达到预定的可靠性指标）在研制阶段：使产品达到预定的可靠性指标发现设计缺陷、零组件缺陷、工艺技术缺陷、环境适应性设计缺陷、零组件缺陷、工艺技术缺陷、环境适应性方面存在的问题，经过反复实验与改进，达到预定的要求。（
8、2 2）在产品研制定型时：进行可靠性鉴定）在产品研制定型时：进行可靠性鉴定新产品研制定型时，要根据产品标准（或产品技术条件）进行鉴定实验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。（3 3）在生产过程中：控制产品的质量）在生产过程中：控制产品的质量因原材料质量较差或工艺流程原材料质量较差或工艺流程失控等原因造成产品质量下降，在产品的可靠性实验中就能反映出来，从而及时采取纠正措施使产品质量恢复正常。（4 4）出货前，进行可靠性筛选：提高整批产品的可靠性水平）出货前，进行可靠性筛选：提高整批产品的可靠性水平将各种原因如原材料有缺陷、工艺措施不当、操作人员疏忽、生产设备发生故障、质量检验不合格等）造
9、成早期失效的产品剔造成早期失效的产品剔除掉除掉，从而提高整批产品的可靠性水平。以免该产品于日后使用过程中,遭受环境应力时而导致失效发生（5 5）研制、售后：研究产品的失效机理）研制、售后：研究产品的失效机理发现产品潜在失效模式，找出引起产品失效机理，产品的薄弱环节，采取相应的措施来提高产品的可靠性水平。第8页，共77页。老化试验(老炼试验)环境应力筛选试验环境应力筛选试验ESSESS可靠性增长试验可靠性验收试验可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验(MTBF)(MTBF)高加速寿命试验高加速寿命试验HALTHALT高加速环境应力筛选试验HASS 寿命试验耐久性试验 可靠性强化试验可靠性可靠性试验的的类型
10、型第9页，共77页。筛选试验：增增长试验：温度循环随机振动高温冷热冲击单频正弦振动体温机械冲击湿度加速度暴露材料和制造工艺中的缺陷，剔除剔除产品品早期故障；早期故障；激激发产品故障品故障隐患，患，进行行设计改改进，提高其固有可靠性；验证设计可行性，通常是在实验室标准状况下，及早发现设计上的缺陷及弱点统计试验工程试验验收试验（批接收）鉴定试验（评价MTBF）试验的分的分类对产品的可靠性水平进行评价时，它运用抽抽样方案，方案，在保证生产者不致使质量符合标准的产品被拒收的条件下进行鉴定实验。第10页，共77页。试验项目目环境境应力力筛选ESS可靠性增可靠性增长RGT目的消除早期故障消除系统性故障时间
11、/阶段交付使用前交付使用前研研发/使用期使用期间试样全体产品样品方法试验-激发故障试验-改进-试验故障处理修复/更换设计/工艺改进处理对象个别问题产品全体产品第11页，共77页。可靠度可靠度(Reliability)：可靠度表示产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率，定义为产品的“可靠度”。假设有N个零件，经过时间t后有NQ(t)个零件失效，NR(t)个零件仍能正常工作，则该零件可靠度R(t)失效率，故障率失效率，故障率(FailureRate)：产品工作到t时刻后，在下一单位时间内失效的概率。即产品工作到t时刻后，在单位时间内发生故障的产品数与在时刻t时仍在正常工作的产品数之
12、比。N个产品t=0时开始工作，到时刻t失效数为n(t)，t时刻的残存产品数为N-n(t),在(t,t+t)时间区间内有n(t)个产品失效，则时刻t的失效率为平均无故障工作平均无故障工作时间/平均寿命平均寿命(平均失效平均失效时间,MeanTimeBetweenFailures-MTBF)：是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔,失效的平均间隔时间，即平均无故障工作时间。它仅适用于可维修产品。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。如何如何评价可靠度？价可靠度？衡量产品可靠性的指标第12页，共77页。定义：定义：EnvironmentalStressS
13、creening一种对产品进行全数全数检验的非破坏性的非破坏性试验，其目的是为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的剔除早期失效的产品品，以提高产品的使用可靠性。产品在制造过程中，由于材料的缺陷，或由于工艺失控，使部分产品出现所谓早期缺陷或故障，这些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保证在实际使用时产品的可靠性水平。环境应力筛选是一种利用环境应力进行产品质量管理的程序，其主要目的是利用特定且低于低于产品品设计强度度的环境应力，使产品潜在的疵病提早暴露出来而加以剔除，使出厂产品其有稳定的设计质量，避免在正常使用时因这类疵病的存在而发生失效，减少维修成本及因失效引起的不必要损失。为了决定理想的筛选试验
14、应力，必须首先分析早期失效和确定最有可能引起这些失效的应力类型。针对进料检验合格之零件，仿真实际使用状况，引用适当的环境应力，剔除次级零件，减少修理服务花费的大量修理时间与成本.检验合格之零件，若不经筛选试验装配于系统中之最初一年，早夭期将有2%6%之失效率参考标准：参考标准：MIL-HDBK-338BElectronicReliabilityDesignHandbookGJB/Z34-93电子产品定量环境应力筛选指南电子产品定量环境应力筛选指南环境应力筛选试验环境应力筛选试验(ESS)的定义的定义第13页，共77页。EnvironmentalStressScreening，ESS应力筛选是产
15、品在设计强度极限下，运用加速技巧外加环境应力，如：预烧(burnin)、温度循环(temperaturecycling)、随机振动(randomvibration)、开闭循环(powercycle)等方法，透过加速应力来使潜存于产品的瑕疵浮现潜在零件材料瑕疵、设计瑕疵、制程瑕疵、工艺瑕疵，以及消除电子或机械类残留应力，还有消除多层电路板间的杂散电容，将澡盆曲线里面的早夭期阶段的产品事先剔除与修里，使产品透过适度的筛选，保存澡盆曲线的正常期与衰退期的产品，以避免该产品于使用过程中，受到环境应力的考验时而导致失效，造成不必要的损失，虽然使用ESS应力筛选会增加成本与时间，但是对于提高产品出货良率与
16、降低返修次数，有显著的效果，对于总成本反而会降低，另外客户信任度也会有所提升，一般针对于电子零件的应力筛选方式有预烧、温度循环、高温、低温，PCB印刷电路板的应力筛选方式为温度循环，针对于电子成本的的应力筛选为：通电预烧、温度循环、随机振动，另外应力筛本身是一种制程阶段的过程，而不是一种试验，筛选是100对产品进行的程序。应力力筛选适用适用产品品阶段：段：研发阶段、批量生产阶段、出厂前(筛选试验可以在组件、器件、连接器等产品或整机系统中进行，根据要求不同可以有不同的筛选应力)应力筛选比较：恒定高温预烧(Burnin)的应力筛选，是目前电子IT产业常用析出电子元器件缺陷的方法，但是这种方式比较不适合用于筛选零件(PCB、IC、电阻、电容)，根据统计在美国使用温度循环对零件进行筛选的公司数要比使用恒定高温预烧对组件进行筛选的公司数多5倍。第14页，共77页。通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不良元器件、零部件或工艺缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。不是抽样的，而是不是抽样的，而是100%100%试验试验筛选试验是一种非破坏性实验，不影响整批产品失效机理、失效模式和正常工作。环境
