可靠度测试的方法及意义

2020/5/26,1,QualityReliabilityEngineer,可靠度測試的方法及意義,Seanbull2009/07/16,2020/5/26,2,可靠度的定義,1.JIS的定義:信賴性:表示某系統,機器或元件對時間穩定性的程度或性質.信賴度:表示某系統,機器或元件在特定條件及時間下,能發揮其機能的機率.2.MIL-STD-721定義:可靠度:某裝置在規定的使用條件,於規定的期間內,能發揮其特定功能的機率要素:(1)機率(Probability)(2)達成規定的機能(功能)(IntendedFunction)(3)規定時間(SpecifiedInterval)(4)規定條件(StatedConditions)廣義的定義:可靠性+可維護可用性,2020/5/26,3,品質:產品未被客戶正式使用前，針對產品的性能、價值、機能水準的判斷與認定。可靠度:產品包括未被客戶使用前即客戶實際使用期間，所表現出來的整體水準，那所有的性能、價值及機能水準的總認定。,品質,產品壽命時間軸,可靠度,產品平均壽命,可靠度的定義,2020/5/26,4,可靠度的歷史,1.二次世界大戰,美國在東亞作戰,飛機在飛行中半數不見了,肇因於真空管故障,於是追溯是製造不良?還是搬運?引發了可靠度的動機.2.1952年,美國國防部成立AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment),由軍方,企業界,學術界等組成的這個Group,專門致力於研究電子Equipment之可靠度.3.1970年軍品一般民需用品小真空管大型產品,2020/5/26,5,可靠度的必要性,确认有无设计之缺失确认有无加工机具或工艺技术上之瑕疵.确认有无瑕疵的零组件确认有无任何变异产生确认工程修改之完整性建立及查核整体的品质水准,环境应力筛选:产品在设计的强度极限下,运用加速技巧,找出已存在于产品中潜在暇疵给筛选出来,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,造成不必要的损失,2020/5/26,6,研发阶段：对试样进行可靠性测试，找出产品在原材料，结构，工艺，环境适应性等方面所存在的问题，而加以改进，经过反复试验与改进就能提高产品的可靠性指标。试產阶段：当新产品定型后，根据产品技术条件进行鉴定试验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。生产过程中：监控产品质量的稳定程度（监控原材料质量变差或性能下降和工艺流程失控）。目的总结通过试验发现产品潜在失效模式(FailureMode)探求失效机理(FailureMechanism)优化研发设计，工艺流程(Optimizedesignandprocess)监控原材料，工艺流程的改变(Monitorrawmaterialandprocess),可靠性测试目的,2020/5/26,7,早夭失效期(DFR),偶發失效期(CFR),磨耗失效期(IFR),時間t,失效率函數(t),(t),典型的失效浴缸曲線,2020/5/26,8,可靠度系統,新產品,新制程可靠度驗証,制程量產可靠度抽樣試驗,模擬,復制工程變更客戶回饋可靠度驗證,可靠度技術的拓展,LSL,USL,設計邊緣規格界限,早夭期,适用期,老化期,2020/5/26,9,早夭期,故障率高:時間增加時,故障率減少.故障原因:1.設計缺陷.2.製程錯誤.3.使用不當.4.元件不良.故障消除法:1.除錯(Debugging)2.燒機(Burnin)3.篩選(Screening),2020/5/26,10,可用期,故障率為一定常數,故障率穩定且低.故障原因:1.偶發的(ChanceFailure).2.設計先天限制.3.使用造成意外.4.保養,維修不良.故障消除法:1.重新設計.2.製程管制.3.維修保養.,2020/5/26,11,磨耗期,故障率高:時間增加,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.預防保養(PreventiveMaintenance)2.預先更換零件.3.翻修(Overhaul),2020/5/26,12,環境試驗,要掌握產品在使用中可能遭遇和產品的各種環境,並選取那些對產品有危害性的最惡劣環境條件在實驗室中模擬考驗(參照MIL-STD-810).1.自然環境條件:溫度,溼度,鹽霧,氣壓,風力,雨雪,霧.2.動力環境條件:運輸中發生之衝擊,振動,落下.,2020/5/26,13,環境應力篩選試驗(ESS)EnvironmentalStressScreening,針對進料檢驗合格之零件,模擬實際使用狀況,引用適當的環境應力,剔除次級零件,減少修理服務花費的大量修理時間與成本.(參照MIL-STD-883).檢驗合格之零件,若不經篩選試驗裝配於系統中之最初一年;早夭期,將有2%6%之失效率.環境應力:溫度,溼度,鹽霧,衝擊,振動,加速度,燒機(高溫烘烤,溫度衝擊,溫度循環),2020/5/26,14,360330300270240210180150120906030,權重後位階,隨機振動,高溫,電應力,熱衝擊,溫度循環,定頻正弦振動,低溫,正弦掃瞄振動,複合環境,衝擊,濕度,加速度,高度,各種篩選環境應力之相對篩選效率,2020/5/26,15,高温运行和贮存（IEC60068-2-2)高温运行（研发）：Tmax产品技术条件温度上限高温贮存（研发）：一般取Tmax+20高温贮存（生產）：一般取Tmax+10低温运行和贮存(IEC60068-2-1)低温运行（研发）：Tmin产品技术条件温度下限低温贮存（研发/生產）：一般为-40温度冲击(ThermalShockTest)在-40下保持1h，在30秒内温度切换到Tmax+20下保持1h，一般共做24个循环交变湿热(IEC60068-2-30)一般高温（55）低湿（93%），低温（25）高湿（98%）循环6次，每个循环24小时,湿度控制在5%左右,可靠性测试項目,2020/5/26,16,盐雾实验浓度为5%的NaCl溶液，时间24小时交变盐雾测试参考IEC60068-2-38,IEC60068-2-14,IEC60068-2-67,IEC60068-2-11,IEC60068-2-3,IEC60068-2-30淋雨实验考查产品的密封性（流量：10L/min；距离：0.5米；时间：5分钟；10分钟或明或20分钟）耐化学品实验耐醇性测试：无水酒精（99.5%），棉签，砝码，搽拭循环耐KOH,H2S,SO2耐化妆品测试：凡士林护手霜耐手汗测试（氨水1.07%;氯化钠0.48%;水98.45%）,可靠性测试項目,2020/5/26,17,冷启动实验产品在低温下保持0.52小时，然后开机，产品应能正常工作以上过程重复3次以上开关电实验在高温，低温和湿热条件下各开关电3次以上，重复10次以上附着力实验用刀片在测试样本表面划10*10个1mm*1mm小网格，用3M胶纸粘在测试小格上，并用橡皮擦用力擦拭胶带，用手抓住胶带一端在垂直方向（90）迅速扯下胶带，重复2次振动实验工作状态：IEC60068-2-6运输状态：IEC60068-2-64,可靠性测试項目,2020/5/26,18,跌落实验(FreeFallTestandRandomFreeFallTest)六面八角十二棱测试条件按照美国军标MIL-STD-810EMC（ElectricMagneticCapability）EMIElectricMagneticInterference电磁干扰（GB9254）EMSElectricMagneticSusceptibility电磁敏感性（GB/T17626）其他实验.,可靠性测试項目,2020/5/26,19,可靠性测试項目-HALTHASS,2020/5/26,20,量產前產品Review,產品研發及量產流程Spec-及ID確認-RD設計產品-EVT-DVT-PVT-MP-PhaseoutQA在PVT階段才完全介入產品成熟度的REVIEW-Reliability:無Majorbug(QTreport)-Compatibility:無Majorbug(QTreport)-SafetyApplication:量產前須申請完成(CheckwithR/D)-EMS/EMI/ESD:須全部PASSEMIElectricMagneticInterferenceEMSElectricMagneticSusceptivityESD-Electro-StaticDischarge靜電釋放,2020/5/26,21,振動試驗:,發掘產品可能遭遇的以下問題：1.加速材料疲勞破壞2.電性間歇接觸不良3.元件接觸不良4.封裝體變形5.組件破損6.部品壓碎破裂7.電子零件鬆脫8.導線磨損9.固定鬆動、螺絲鬆脫,2020/5/26,22,振動試驗機,2020/5/26,23,振動試驗,測試設備:振動試驗機.測試條件:依ReliabilityTestPlan或特殊需求之條件執行試驗。測試流程：1.將待測機台固定於測試平台上。2.在振動試驗機上設定所需試驗規格後,啟動振動試驗機。3.依序完成X.Y.Z.三軸向之試驗。4.試驗結束後,將機台取出,並將結果記錄於振動試驗記錄表中。5.結果判定:依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通過此項實驗。,2020/5/26,24,溫濕度試驗,發掘產品可能遭遇的以下問題：1.材料特性改變2.尺寸變化3.永久變形4.電阻、電容值變化與參數漂移5.電路穩定性改變6.縮短壽命7.材料晶體結構變化8.電路改變9.結構分離10.加速化學反應11.氧化腐蝕12.物理強度減弱,2020/5/26,25,溫濕度櫃chamber,2020/5/26,26,溫濕度試驗,測試設備:溫濕度櫃chamber測試條件:依ReliabilityTestPlan或特殊需求之條件執行試驗。測試程序:1.將待測機台置於適當位置,並依試驗計劃執行適當測試程式,檢查機台是否正常執行.2.在chamber設備上設定所需試驗規格後,啟動chamber.3.試驗中,需檢查試驗機台是否有異常.若有異常,則通知相關單位前來處理,若確定為不良,則依可靠度測試不良處理程序執行分析與改善.4試驗結束後,將機台取出,並將結果記錄於溫濕度試驗記錄表5結果判定:依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通過此項實驗.,2020/5/26,27,落下試驗(DropTest),鑑定新產品之包裝設計是否能在儲藏.運輸及攜帶期間,不因衝擊振動或掉落而造成產品之物理、機械及電性上的損壞.,2020/5/26,28,落下試驗機,2020/5/26,29,溫度,Confidence=60%Numberoffailure=0=0.92,MTBF计算及评估,2020/5/26,30,MTBF计算及评估,基于MTBF的计算MTBF是一个统计值，计算值须高出客户的要求一个数量级Bellcore计算公式MTBF=Ttotal/(N*t)统计出所有样品失效前的时间和和失效数找到可靠性测试的数据找到对应的激活能(Ea)计算在工作温度下的MTBF在常温下做寿命测试（工作状态）类似Bellcore方法不需要激活能分三组分别在三个高温条件下测试，分别求出在三个温度下的MTBF，利用Arrhenius公式求出拟合直线，再求出在工作温度下的MTBF,2020/5/26,31,MTBF计算及评估,基于MTBF的测试（例子）要求在90%CI下MTBF为20000小时如何判定可靠性是否达到规定要求？测试时间T=A*MTBF=20000A;A=0.5*CHIINV(Excel);CHIINV=X2(1-a,2(r+1);a=90%;r=1(失效数);A=3.89;T=20000*3.89=77800h样品定为10台，T=77800/10=7780h高温加速测试T”=T/AF;条件：75，85%AF=exp(Ea/k*(1/Tu)-(1/Ts)+(RHun-RHsn);Ea为激活能（根据原材料不同有不同取值）=0.6eV;k=8.6*10E-5eV/K(玻尔兹曼常数);AF=34测试方案：T”=7780/34=228.8h；将10台产品在75，85%的条件下进行228.8小时的测试，如果失效次数小于等于一次，就认为此产品的MTBF达到了要求,2020/5/26,32,MTBF=35,000hours,90%ConfidencelevelSampleSize:10pcsTa=40Degree,Tb=25DegreeAccelerationFactor:3.70236Confidencelevelfactor(PerGEMTABLE:For0defect,90%)=2.30259Aftercalculator,Wegetthelifetimeasbelow:Lifetime(Testhours):90.69736days,實例,2020/5/26,33,GasketReliabilityTestPlan-Howtomakesure10Year,Userenvironment,Testcondition,Normaluserturnon/offproductbydaily,Testswitch=24Hrs(1day)/1cycletime=24*60min/70min=20.57,Firsttimefoundfailsampleofthermalcycle,Secondtimefoundfailsampleofthermalcycle,Speclife=87876.53hrs/24hrs/365day=10.03Year,IFmak