Bellcore可靠性预计法

1、Bellcore可靠性预计法xxxXfXXXXXXX限公司1 1、适用范围这一方法得到的器件和单元的故障率预计值适用于商用电子产品，其设计、生产、安 装和可靠性保障体制满足相应的贝尔(或等同的)术语规范和产品特殊要求。这一方法无法直接用于预计一个非申联系统。然而，使用此方法得到的单元可靠性预 计结果可以输入到系统可靠性模型中，以预计系统级的硬件可靠性指标。2 2、方法简介Bellcore预计法包括三种常用的预计产品可靠性的方法，分别称为方法I、II、III。方法I:基于计数法的可靠性预计。这一方法可以用于独立器件或单元。方法II:综合了方法I和从实验室得到的数据进行单元或器件级的可靠性预计。方

2、法III :在进行现场数据收集的基础上，进行在线服务的可靠性统计预计。3 3、方法I:元器件计数法(1)方法I的三种情况方法I包括三种情况的温度和电应力情况：情况1:单元/系统老化时间=1小时，且无器件级老化的黑盒预计。器件假设工作在40C的温度和50%的电应力下。情况2:单元/系统老化时间1小时，但没有器件级的老化的黑盒预计。器件假设工作 在40 C的温度和50%的电应力下。情况3:一股情况一所有其它的环境条件。 这种情况用于供应商想要采用器件级老化的 情况。这种情况也可用于当供应商或用户希望得到在除40 C和50%的电应力条件以外的情况下 的可靠性预计结果时。以下称这些预计为“有限应力”预

3、计。(2)情况选择这种方法用于第一年累积值和稳态可靠性预计计算中最简单的情况，即无老化、温度 和电应力水平假设为40 C和50%。这样，上面所列的各种情况中情况1最简单。供应商之所以 选择情况2的原因是情况2允许系统或单元通过老化减少早期阶段的故障率。情况3(一股情况) 允许使用各种型式的老化来减少早期阶段的故障率。有限应力的情况，只能在情况3下处理，可以生成工作温度和电应力不等于40度和50%情况下更准确的预计结果。一些供应商对成熟产品设计中的老化结果提出疑意，贝尔实验室通过一项研究，调研 了成熟产品设计中相关的老化情况，其中包括三种类型的老化和无老化的情况。这一研究对生 产周期的加快和如果

4、消除老化，其它故障所带来的维护费用之间的权衡提供了参考。这一研究 得出如下结论：对于一个成熟产品的设计， 无需进行老化， 而不进行老化在时间和材料上的节 省将减少成熟产品的费用。由于普遍认为进行有限应力预计和验证它的结果要花费更多的时间，所以当一个产品 中只包含10个或更少的单元时，或当对可靠性预计的结果的准确度要求非常高时，更倾向于认 为情况3是唯一的预计方法。（3）方法I的预计表格（见附表）4 4、方法II（1）一般要求供应商必须提供所有的支持信息和元件计数法预计结果（见方法I）除非表11 1中没有给出器件的一般故障率,方法II只能用于质量等级为II和III的器 件。对于表11 1中没有列

5、出的质量等级为I的器件，用户可以选择使用其它来源的故障率数据。进行实验室试验的器件的质量等级必须是要进行预计的器件的典型的质量等级。本意给出了确定需要多少器件和单元进行试验，器件和单元的试验时间，如何对器件 进行试验等方法。在下面的原则中，实际时间是耗费的时钟时间，有效时间是实际时间乘以一 个加速因子。其原则如下：器件或单元的实际试验时间至少为500小时，这样可以确保在一个合理的时间周期内观测到每一个项目-甚至对于高加速试验器件或单元有效试验时间至少为3000小时。选取合适的器件或单元数量，以便至少可以产生两个故障。另外，至少需要500个器件或50个单元。器件试验时需模拟实际现场工作环境，如湿

6、度和压力等。应从大量产品中选取有代表性的样本进行试验，以确保试验结果的典型性。用方法II进行的器件统计预计法可以推广到以下的其它器件：相同的类型/技术相同的封装（如密封的）同等的或更低的复杂度在结构和设计上具有材料和技术的相似（2）方法II预计法的几种情况当采用方法II,用试验室数据进行可靠性预计时，通常有四种情况：情况L1-器件进行试验室试验（器件未进行前期的老化）-表格9情况L2-单元经过试验室试验（单元/器件未进行前期的老化）-表10情况L3-器件试验室试验（器件进行了前期的老化）-表11情况L4-单元试验室试验（单元/器件进行过前期的老化），表12（3）方法II的表格（见附表）5 5、

7、 方法IIIIII(1)方法III简介Bellcore预计方法III主要是根据现场收集的可靠性数据对系统的故障率进行预计。 根据所收集的数据类型的不同，它乂包括三种不同的方法：方法IIIa、方法IIIb和方法IIIco方法IIIa：通过收集所要预计的产品(称为目标产品)的现场数据，直接对其故障率进行预计。方法IIIb：通过收集相似产品(称为跟踪产品)的现场数据，对目标产品的器件、单元和子系统 进行预计。方法IIIc：通过收集跟踪目标产品的现场数据，对产品的单元和子系统进行预计(不包含器件) 跟踪产品与目标产品在设计、结构上应该是相似的，不同之处在丁运行环境和条件不 同。(2)(2)方法IIII

8、II的步骤步骤1、确定跟踪系统中的单元和器件的现场故障数(f)和全部工作时间(t)步骤2、如果采用方法IIIb或IIIc,则要确定工作温度因子T1和T2步骤3、如果表11-1给出了利用方法I预计单元可靠性所需的一般故障率数据，则按以下步骤计算SS1(1)对丁方法IIIa和IIIb :可以采用方法I中的情况1或情况3来计算SS1,除非用户有 特殊要求。(2)对丁方法IIIc:采用方法I中的情况3来计算SS1。步骤4、当跟踪单元同目标单元不同时，并且表11 1给出了方法I所需的一般故障率数据，则计算SS2步骤5、计算修正值V:1.0方法IIIaV=T2T1方法IIIbSS2SS1方法IIIc步骤6

9、、计算方法III的故障率SS3SS1t 10如果无法获得SS1,方法Illa和方法IIIb的故障率预计值可以按下式计算:SS3 = ZE其中主要参数的含义和算法：551一对丁一个主单元，是指方法I的稳态故障率预计值。对丁一个主器件，是指方法I的稳态 故障率预计值乘以环境因子E。对丁主系统：SS1 = SS _对丁一个主单元SS1 = SSiE对丁一个主器件552-对丁一个被跟踪单元（当其与主单元不同时），是指采用方法I,情况3预计的稳态故障率：SS2 = SS其中SS是采用方法I,情况3预计的被跟踪单元的稳态故障率。SSi-采用方法III得到的第i个器件的故障率预计值SS 采用方法III得到的

10、单元故障率预计值SS3-采用方法III得到的单元或器件级故障率预计值。T1， T2表11-7中的温度系数。对丁器件，采用表11 1中的温度应力曲线；对丁单元，采 用温度应力曲线7。（可差表获得）U-观测到f个故障的情况下，置信度在95%以上的泊松分布变量。（可查表获得）（注：以下表格下面的序号中，前面的序号为在本文中的编号，后面的序号是对应原文的编号。）器件可靠性预计表情况1或2-黑盒预计(50%应力，温度为40,无器件老化试验)E =日期第 贞共贞单元生产厂家器件类型*器件编号电路符号数量(Nj)故障*率(Gj)质量因子(Qj)整个器件的故障率(NjGj Qj)(f)合计总和=SSj：=EN

11、jG Q =*相似器件有着相同的故障率，基础器件数和质量因子可以综合并加入到一行中。器件描述应 充分，以证实故障率的分配的正确性。*故障率来自丁表11 1。如果器件预计采用了方法II,就可以替代表9 (Gj)中的故障率。1表1方法I一器件可靠性预计，情况1或2(表2)单元可靠性预计表情况1黑盒预计（50%应力，温度为40C，单元/系统的老化时间1小时，无器件级老化）日期第贞共贞产品Rev生产厂家单元名 称 单兀数 量 维修级别稳态故 障率（见 表2）（FITs）如单元 采用方 法II（见 表10）第一年累积值工厂级 维修现场级 维修其它44444444444444444444表2方法I一单元可

12、靠性预计，情况1（表3）单元可靠性预计表情况2-黑盒预计（50%应力，温度为40,无器件级老化，单元/系统级老化时间1h）日期第贞共贞产品Rev生产厂家单元名称单兀数重维修级别工厂级维修现 场级维修其它单元老化温 度Tb,u加速因子Ab,u时 问tb,u系统老化温度Tb,s加速因子Ab,s时间tb,s有效的老化时间tete= Ab,utb,u* Ab,stb,s第一年累积 值（表11 9）FYSS（表2）SS当单元采用方法II时，由表12SS注释表3方法I一单元可靠性预计，情况2（表4）器件可靠性预计表（一般情况3包括有限应力）日期第贞共贞单元生产厂家器件类 型器件数 量电路符 号数量Nj(a

13、)通用故 障率Gj(b)质量因子Qj(c)应力因子Sj(d)温度因子Tj(e)器件数 量X器 件故障率(f)=(a)x(b) x (c) X(d)X (e)(f)器件老化温度Tb,d加速因(g)子Ab,d时间tb,d(h)单元老 化温度Tb,u加速因子Ab ,u(i)时间tb,u(j)系统七化温度Tb,s加速因子Ab,s(k)时间tb,s(m)早期寿 命温度 因子Aop(n)(o)=1000/(d) x(e)(o)(p)=(g) x(h) + (i)x(j) + (k) x(m)(p)有效老化时问:(p)/(d)x (n)(q)当(q) (o)(r) =1(r)当(s)(q) (o)-8760

14、查 表11-9中 的(q)值(r)=(s)/(d)x0.75(e)(r)(3)否则,查表11一9中的(P)值(t)(r)=(t)-1/(d)x(e)+1(r)(u)=(r) x(f)(u)故障率由表11 9得到。当采用方法II时，采用表11的(p)表4方法I器件可靠性预计一般情况单元可靠性预计表(一般情况-包括有限应力)日期第贞共贞，品Rev生产厂家单元名称单兀数重维修级别工厂级维 修现场级维 修其它由表5: (u)之和(u)由表5: (f)之和(f)环境因子EE f)SS第一年累积值=(u)/(f)FY如果单元采用了方法II,由表12得:SS注释表5方法I -单元可靠性预计，一般情况(表6)

15、器件可靠性预计实验室数据表情况L-1器件实验室试验(无前期老化)日期第贞共贞单元生产厂家器件类 型器件编 号电路符 号试验时 问Ta(a)实验室试验温度加速因 子AL(b)有效试验时间(c) = (a)x (b)(c)Ti试验的 器件样 本数N0(d)出现的故障数n(e)故障率Gj(f)质量因子Q(g)(1)(c) 10,000(h)(h)=410 6|c件5(c)10 ,000(h)=310圭 +(c) 10 -9i = 2/f JJi)_(g,L(h 基本故障率(j)=2+(e)/(i)G(j)备注表6方法II一器件可靠性预计，情况L-1（表9）单元可靠性预计实验室数据表情况L-2单元实验

16、室试验，无前期单元/器件老化日期第贞共贞单元生产厂家器件类 型器件编 号维修级 别工厂级 维修现场级 维修其它试验时 问Ta(a)实验室试验温度加速因 子AL(b)工作温度加速因子(c)有效试验时间(e)= (a)x (b)Ti(e)出现的 故障数n(f)稳态故 障率SS(g)环境因子E(h)故障率(i)=(g)/(h)(c)G(i)单元试验样木数N0(j)(e)10 ,000(k = 3 10L +(e ) 10q(m_)= 12/( j(mh_(k患本故障率(p)=2+(fJIAm)_(n)G方法II的稳态故 障率(p)=(h) X(n) x (c)SS(p)备注表7方法II一单元可靠性预

17、计，情况L-2（表10）器件可靠性预计实验室数据表情况L-3器件实验室试验（器件已经过老化）日期第贞共贞单元生产厂家器件名 称器件编 号电路符 号故障率Gj(a)质量因子Q(b)器件老 化温度Tb,d加速因(c)子Ab,d时间tb,d(d)有效老 化时间(c)X(d) te(e)实验室试验温度加速因 子(f)试验时 问(g)工作温度加速因子(g)器件的 试验样 本数N0(h)出现的故障数n(i)有效试 验时间(j) = (f)x(g) Ti(j)(k)=(e)+( j)(k)重量因子W(1)(k) 10,000_(m)_0.2(m)= (k)(k)10 ,000且(e) 10, 00(m )=

18、 (kj/4( (e)10,000(m)=(j)/45-0.25_(e)0)00 +7.5 -(0.25e)(n )=炉/f1(a +4 10h(n)(m)应（b）方法II的稳态故 障率(p)=2+(i )/(n)Gj(P)备注表8方法II器件可靠性预计，情况L-3（表11）单元可靠性预计实验室数据表情况L-4器件实验室试验（器件已经过老化）日期第贞共贞单元生产厂家器件名 称器件编 号维修级 另U：工厂级维修现场级 维修其它单元老 化温度Tb,u加速因 子Ab,u时间tb,u器件老 化Tb,d有效老化时间(a)=Ab,utb,u+Tb,dte(a)实验室试验温度加速因 子AL(b)试验时 问T

19、a(c)有效试验时间(d)=(b) x(c)Ti(d)出现的故障数n(e)稳态故 障率SS(f)温度因 子(g)环境因_(h)_子E故障率(i)=(f)/(g)X (h)G(i)单元试 验的样 本数N0(j)输入4106(k)(i)=(a)+( d)(l)(1) (i)10,000且(a ) 10, 00叶(1/4。(a)10,000(m)=(d)/4,0.25-(a )(m)000 +7.5 -(6WPNP0.6 W0.6-6W6W错NPN0.6 W0.6-6W6WPNP0.6 W0.6-6W6W场效应硅线性开关局频GaAs低噪声461046106090 1502030554020 1701

20、00 7001801100 220044444444444444444477E,EcE,ECE,ECE,ECE,ECE,ECE,ECE,ECE,ECEEEEEEEEEEE（100 mW）驱动器（100 mW）单结微波脉冲放大连续波形第一个曲线为工作功率/额定功率，第二个曲线为工作电压/额定电压.当同时采用这两个应力曲线 时,也要相应考虑两个应力因子.例如，如果一个硅晶体管（NPN,0.6-6.0W）工作时功率P=40%,电压V=60%，电应力则为:0.8X 13=1.04。表11-111-1器件故障率（11/1611/16）器件类型故障率温度应力（表11-7）电应力（表11-6）备注二极管硅T

21、K功 能20AMP微波检 测微波混 频错一M功能20AMP254微波检203E测103E微波混103E频电压整流F0.5 WF0.6-1.5WH1.5WC晶闸管C1AM P1AMP变容,阶跃，隧道变容，硅桥变容,金届氧化物第一个曲线为工作电流/额定电流，第二个曲线为工作电压/额定电压.当采用两个曲线时，也要相 应考虑两个应力因子.表11-111-1器件故障率（12/1612/16）器件类型故障率温度应力（表11-7）电应力（表11-6）备注表11-111-1器件故障率（12/1612/16）电热调节器 （热 敏电阻器）Bead-垫片式Disk-圆盘式Rod-棒式PolymetricPositi

22、veTemp.Coefficient（PPTC）Device-多正极温度系 数器件固定电阻器 （包括括SMTSMT）合成电阻器：1兆欧1兆欧 薄膜电阻器 （碳,氧化物，金 届）1兆欧1兆欧 薄膜,电源电 阻器（1W）1兆欧1兆欧 线绕，精密电 阻器1兆欧1兆欧 线绕，电源，引 线安装电阻器4101510140.53371641101077 776433112233D DC CA AC C D D线绕，电源，底盘安装电阻器表11-111-1器件故障率(13/16)(13/16)器件类型故障率温度应力电应力备注可变电阻器非线绕薄膜253B200KOHM403B200K354BOHM504B低精密，

23、碳254A404A200KOHM200KOHM精密2540200KOHM200KOHMTrimmer200KOHM200KOHM线绕高能5KOHM5KOHMLeadscrew精密100KOHM100KOHM半精密5KOHM5KOHM电阻，网络，分立器件电阻，网络，厚膜 或薄膜170240252003508512010.5333334466BBCAA每个电阻每个电阻表11-111-1器件故障率（14/14/1616）器件类型故障率温度应力（表11-7）电应力（表11-6）备注电容器，分立器 件固定102J纸介102J纸/塑料13J塑料17G17G玻璃11H陶瓷13G固体密封53G胆电解固体非密7

24、3G封胆电解157E非固体胆257E电解轴式铝电407E解407E1200105H0uf83J有底盘的35H表11-111-1器件故障率（14/14/1717）铝电解252I12000uf可变电容器空气，陶瓷活塞，玻璃真空电容器网络各电容器故障 率之和表11-111-1器件故障率(15/16)(15/16)器件类型故障率温度应力电应力(表11-6)备注感性元件变压器小功率脉 冲41933大功率脉73冲电源(1W)射频线圈负载线圈电源过滤 器19307 19 0.51333333固定射频可变射频50.577每个管脚连接器1007每个管脚般功能，0.27每个管脚电源0.27每个管脚同轴，电0.27

25、每个管脚同轴，光 多管脚0.27每个管脚印制电路107C每对加5板107C每对加5矩形IC插座157C每对加5开关703C按钮式2703C拨动或滑703C动式503C旋转式503C继电器503C一M功能继电器电流接触器闩锁继电器黄片继电器双金届热 继电器水银温度继电器固态继电器转动设备鼓风机设备鼓风机马达风扇设备(直径6)252000500100503C风扇马达30A灯筑灯白炽灯5V DC12V DC48V DC计里命加热器（水晶炉）微波器件同轴波导负载衰减器固定的可变的固定器件方向连接器固定StubsCavities可变器件50,00015,00020,00040,0002525606017

26、017005102001400420043003001000151010101010调谐Stubs100调谐Cavities100ferrite器件（传输）200ferrite器件（接收）100热一电冷却器（2W）500延迟线100电池镣镉电池100锂电池150加热器的值来源丁MIL HDBK 217B晶振是温度补偿型的。表11-311-3器件质量等级划分质量等级0 0这一级别是指那些经返工、修改、抢修的商用器件，在生产过程中没有进行质量认证、 控制，主要的设备生产厂家或其设计或生产承包商没有建立一个有效的反馈和纠正措施系统。 然而，为确保器件满足设计应用而采取了相应的步骤。质量等级I:I:这

27、一级别是指商用的器件，其获得和使用没有经过设备生产厂家全面的器件质量认证 和控制。但是,（a）为确保器件满足设计应用和生产过程而采取了相应的步骤，（b）建立了一个有效的信息反馈和纠正措施系统以快速的定位和解决生产和现场中的问题。质量等级IIII : :这一级别的器件需满足等级I中的（a刑（b）,以及下面的要求：（c）销售说明书中必须明 确地说明器件主要特性 （电特性、 机械特性、 热特性以及环境特性等） 和可接受的质量等级 （如:AQLs,DPMs等）（d）器件或器件生产商必须是在优选器件或生产商活单上的（器件认证必须包括寿命和使用期限试验）（e）质量控制：设备供应商或器件供应商必须进行了充分

28、的AQLs/DPMs以 确保持续的质量水平*。质量等级IIIIII : :这一级别的器件是指满足质量等级I和II中从（a）到（e）以及如下的要求的器件：（f）器件 系列必须要有周期性的重新质量认证（g）,质量控制必须包括寿命周期早期的100%的筛选（温度 循环或老化）可靠性控制，（h）必须进行老化筛选，且要明确可接受的缺陷数，并且不能超过2%, （i）器件或设备供应商必须进行持续的可靠性增长表11-411-4器件质量因子（Q）a质量等级半导体器件（分立器件或集成电路）所有其它器件密封的非密封的0666I333II111III0.90.90.9表11-1描述了每一种器件适用的曲线，当没有给出曲线

29、时，因子S可以定为1.0.应力白分比等丁使用电压与额定电压之比乘以100.电流和功率的计算过程同此类似.不同类型的单元的比率可以如下计算：电容-使用的直流电压与交流峰值电压之和/额定电压固定电阻-使用功率/额定功率2可变电阻褊/全部阻值/额定功率连接器，开关接触电流/额定电流（根据不同的负载确定，如阻性感性以及指示灯）一般功用的晶闸管-平均前向电流/额定前向电流齐纳二极管-实际齐纳电流或功率/额定齐纳电流或功率变容、阶跃、-实际耗散功率/额定功率隧道二极管晶体管-耗散功率/额定功率表11-6中给出的应力因子是电应力对不同类型器件的影响和在任何特殊条件下的应力 值的函数。当器件工作在一般工作条件

30、下时，应力值是变化的，则采用应力的平均值。 当器件的工作应力为两个时，则要考虑两个应力因子。注：这里所说的“额定值”是指生产厂家在进行任何温度降额后的最大或最小值。表11-511-5应力等级的确定表11-611-6应力因子( (S) )应力%电子应力曲线ABCDEFGHIJK100.80.70.60.50.40.30.20.20.20.11200.80.80.70.60.50.40.30.30.30.21300.90.80.80.70.60.60.50.40.40.31400.90.90.90.80.80.80.70.70.60.615011111111111601.11.11.11.21.3

31、1.31.41.51.61.81.1701.11.21.31.51.61.822.32.53.31.1801.21.31.51.82.12.42.93.445.91.2901.31.41.72.12.63.24.15.26.310.61.3注：应力因子S由下式给出:S=emp5其中：P1-使用应力白分比P0-参考应力(50%) m-调整参数曲线ABCDEFGIJKM0.0060.009 0.013 0.019 0.024 0.029 0.035 0.0410.046 0.059 0.006对丁曲线K,当p150%时，S=I表11-711-7温度因子T(1/2)(1/2)对丁长期的故障率，请参见

32、表11-1以确定适当的温度应力曲线.工作环境温度温度应力曲线123456789103010.90.90.80.70.70.60.60.50.43110.90.90.80.70.70.60.60.50.53210.90.90.80.80.70.60.60.60.53310.90.90.90.80.70.70.70.60.63410.90.90.90.80.80.70.70.70.635110.90.90.90.80.80.80.70.736110.90.90.90.80.80.80.80.7371110.90.90.90.90.90.80.83811110.90.90.90.90.90.8391

33、1111110.90.90.940111111111141424344111111111111.1111.11.111.11.11.111.11.11.211.11.21.21.11.11.21.21.11.11.21.31.11.21.31.445464748491111111.11.11.11.11.11.11.11.11.11.11.21.21.21.21.21.21.31.31.31.21.31.31.41.41.31.31.41.41.51.31.41.41.51.61.41.51.61.71.81.51.61.81.92.15051525354111111.11.11.11.11.

34、11.11.21.21.21.21.21.31.31.31.41.41.41.51.51.61.51.61.61.71.71.61.71.71.81.91.71.81.91.921.922.2 2.32.42.22.42.62.8355565758591111.11.11.11.21.21.21.21.21.21.31.31.31.41.41.41.51.51.61.71.71.81.81.81.9 2 22.122.12.22.22.32.12.32.42.52.62.62.82.93.13.33.33.53.84.14.460616263641.11.11.11.11.11.21.21.21.21.21.31.31.31.41.41.51.61.61.61.71.91.9222.12.22.32.32.42.52.42.52.72.82.92.72.933.13.33.53.73.94.24.44.85.15.55.96.4表11-711-7温度因子T（2/22/2）工作环境温度温度应力曲线12345678910651.11.21.41.72.22.633.44.76.8703.7754.5805.4856.5907.7959.2100111051311015115181202112524130281353214037145421