Bellcore可靠性预计法参考模板

1、 Bellcore可靠性预计法 XXXX市XXXXXXX有限公司1 / 661、 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串联系统。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、 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

2、级的可靠性预计。方法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 、 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40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 的温度和50%的电应力下。 情况3：一般情况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 和50%的电应力条件以外的情况下的可靠性预计结果时。以

3、下称这些预计为“有限应力”预计。（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 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（一般情况）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

4、生产周期的加快和如果消除老化，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、 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111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

5、1中没有列出的质量等级为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。 本章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

6、现场工作环境，如湿度和压力等。 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

7、的表格（见附表）5 、 方法III（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，它又包括三种不同的方法：方法IIIa、方法IIIb和方法IIIc。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，不同之处在于运行环境和条件不同。（2）方法I

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和步骤3、如果表111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 （1）对于方法IIIa和IIIb：可以采用方法I中的情况1或情况3来计算，除非用户有特殊要求。 （2）对于方法IIIc：采用方法I中的情况3来计算。步骤4、当跟踪单元同目标单元不同时，并且表111给出了方法I 所需的一般故障率数据，则计算步骤5、计算修正值V： 1.0 方法IIIa V= 方法IIIb 方法IIIc步骤6、计算方法III 的故障率 如果无法获得

9、，方法IIIa和方法IIIb的故障率预计值可以按下式计算： 其中主要参数的含义和算法：对于一个主单元，是指方法I 的稳态故障率预计值。对于一个主器件，是指方法I 的稳态故障率预计值乘以环境因子。对于主系统： 对于一个主单元 对于一个主器件对于一个被跟踪单元（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： 其中是采用方法I，情况3预计的被跟踪单元的稳态故障率。采用方法III 得到的第i个器件的故障率预计值采用方法III得到的单元故障率预计值采用方法III得到的单元或器件级故障率预计值。表117中的温度系数。对于器件，采用表111中的温度应力曲线；对于单元，采用温度应力曲线7。（

10、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) 日期第 页共 页单元生产厂家器件类型*器件编号电路符号数量(Nj)故障*率()质量因子()整个器件的故障率() (f)合计总和=* 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。* 故障率来自于表111。如果器件预计采用了方法II，就可以替代表9（）中的故障率。1表1 方法I 器件

11、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40，单元/系统的老化时间<1小时，无器件级老化）日期第 页共页产品Rev生产厂家单元名称单元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单元可靠性预计,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 页共 页产品Rev生产厂家单元名称单元数量维修级别 工厂级维修 现场级维修 其它单元老化 温度 加速因子 时间 系

12、统老化 温度 加速因子 时间 有效的老化时间 第一年累积值（表119） （表2） 当单元采用方法II时，由表12 注释表3 方法I 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 页共 页单元生产厂家器件类型器件数量电路符号数量 (a)通用故障率 (b)质量因子 (c)应力因子 (d)温度因子(e) 器件数量×器件故障率(f)=(a)×(b)×(c)×(d)×(e)(f)器件老化 温度 加速因子 (g) 时间 (h)单元老化 温度 加速因子 (i) 时间 (j)系统老化 温度 加速因子 (k) 时间 (m)早期寿

13、命温度因子 (n)(o)=1000/(d)×(o)(e)(p)=(g)×(h)(i)×(j)(k)×(m)(p)有效老化时间:(p)/(d)×(n)(q)(1) 当(q)(o) (r)=1(r)(2)当(q)(o)-8760 查表11-9中的(q)值(s)(r)=(s)/(d)×(e)(r)(3)否则，查表119中的(p)值(t)(r)=(t)-1/(d)×(e)+1(r)(u)=(r)×(f)(u)故障率由表119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

14、情况包括有限应力）日期第 页共 页产品Rev生产厂家单元名称单元数量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)环境因子第一年累积值=(u)/(f)如果单元采用了方法II，由表12得：注释表5 方法I 单元可靠性预计，一般情况（表6）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 页共 页单元生产厂家器件类型器件编号电路符号试验时间 (a)实验室试验 温度 加速因子 (b)有效试验时间(c)(a)×(b) (c)试验的器件样本数 (d)出现的故障数 n(e)故障率 (f)质量因子 (g) (1)(c)10,000 (h)=

15、 (2)(c)>10,000 (h)=(h)(i)基本故障率(j)=2+(e)/(i) (j)备注表6 方法II 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L2 单元实验室试验，无前期单元/器件老化日期第 页共 页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 其它试验时间 (a)实验室试验 温度 加速因子 (b)工作 温度 加速因子 (c)有效试验时间(e)(a)×(b) (e)出现的故障数 n(f)稳态故障率 (g)环境因子 (h)故障率(i)=(g)/(h)(c) (i)单元试验样本数(j) (1)(e)<10,000 (2)(e

16、)>10,000 (k)(m)基本故障率(p)=2+(f)/(m) (n)方法II的稳态故障率(p)=(h)×(n)×(c) (p)备注表7 方法II单元可靠性预计,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 页共 页单元生产厂家器件名称器件编号电路符号故障率 (a)质量因子 (b)器件老化 温度 加速因子 (c) 时间 (d)有效老化时间 (c)×(d) (e)实验室试验 温度 加速因子 (f) 试验时间(g)工作 温度 加速因子(g)器件的试验样本数(h) 出现的故障数 n(i)有效试验时间(j)(f

17、)×(g) (j)(k)=(e)+(j)(k)重量因子 W (1)(k)10,000 (2)(k)>10,000且 (3)(e)>10,000 (m)=(j)/4(m)(n)方法II的稳态故障率(p)=2+(i)/(n) (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 页共 页单元生产厂家器件名称器件编号维修级别: 工厂级维修 现场级维修 其它单元老化 温度 加速因子 时间 器件老化 有效老化时间(a)=+ (a)实验室试验 温度 (b)加速因子 试验时间 (c)有效试验时间(d)=

18、(b)×(c) (d)出现的故障数 n(e)稳态故障率 (f)温度因子 (g)环境因子 (h)故障率 (i)=(f)/(g)×(h) (i)单元试验的样本数 (j) 输入(k)(i)=(a)+(d)(l) (1)(i)<10,000 (2)(i)>10,000且 (m)(3)(a)>10,000 (m)=(d)/4(n)=2/(i)+(j)×(k)×(m)(n)基本故障率(p)=2+(e)/(a) (o)方法II 的稳态故障率(q)=(h)×(p)×(g) (p)备注表9 方法II器件可靠性预计,情况L-4(表12)

19、BELLCORE预计法附表表111 器件故障率（1/16）微处理器的等级和相应复杂度微处理器内部总线位宽复杂度A级（4004）4-Bit2,300晶体管数B级（8085）C级（8086）29,000晶体管数D级（8088）16-Bit29,000晶体管数1级（80186）2级（80286）16-Bit134,000晶体管数3级（80386）32-Bit275,000晶体管数4级（80486）32-Bit晶体管数5级（Pentium）32-Bit晶体管数6级7级表11-1 器件故障率(2/16)器件类型双极型NMOSCMOS故障率 温度应力 (表11-7)故障率 温度应力 (表11-7)故障率

20、温度应力 (表11-7)数字集成电路 规模 标称值1-20门 1521-50 4051-100 80101-500 400501-1000 8001001-2000 16002001-3000 25003001-5000 40005001-7500 65007501-10000 900010001-15000 300015001-20000 800020001-30000 500030001-50000 4000021 622 623 629 633 639 642 647 652 656 6 61 6 65 670 677 627 829 830 839 845 852 858 865 8

21、73 879 886 893 8100 8110 815 815 815 817 818 819 820 821 8 22 823 824 825 826 827 8微处理器 规模 标称值1-20门 1521-50 4051-100 80101-500 40010 611 611 6 14 616 631 833 835 850 860 815 815 815 817 818 8501-1000 8001001-2000 16002001-3000 25003001-5000 40005001-7500 65007501-10000 900010001-15000 1300015001-200

22、00 1800020001-30000 2500030001-50000 4000019 621 624 626 628 631 633 636 640 675 886 8100 8117 8130 8147 8164 8183 8213 819 820 821 822 823 824 825 826 827 81. 表11-1中所有的集成电路的故障率是在质量等级为II 级下的值,为区分密封和非密封两种情况,应采用不同的质量因子(见表11-4). 表11-1中给出的基本故障率适用于传统(过孔)和表面贴技术(见6.6章)2. 故障率单位为小时.3. 门数为器件电路图中的逻辑门数4. 微处理器包括

23、与其相关的外围电路表11-1 器件故障率(3/16) 器件类型 故障率(表11-7) 模拟集成电路 规模 标称值 1-32 晶体管 20晶体管33-90 7091-170 150171-260 200261-360 300361-470 450471-590 550591-720 700721-860 80019 933 946 952 962 974 981 990 995 9混合微电路见表11-21. 表11-1中的故障率都是在质量等级II级(见11-4)下的值. 表11-1中给出的基本故障率适用于传统的(过孔)和表面贴工艺(见6.6章)2. 故障率单位为小时.表11-1 器件故障率(4/

24、16)器件类型双极型NMOSCMOS故障率 温度应力 (表11-7)故障率 温度应力 (表11-7)故障率 温度应力 (表11-7)RAM规模 标称值1-320比特 256比特321-576 512577-1120 1K1121-2240 2K2241-5000 4K5001-11000 8K11001-17000 16K17001-38000 32K38001-74000 64K74001-150,000 128K150,001-300,000 256K300,001-600,000 512K静态19 722 727 734 743 655 671 692 6119 6155 6201 6 261 6 339 6静态15 917 920 924 9 30 937 945 957 971 8 88 8110 8138 8172 8静态13 915 917 920 924 929 935 942 950 961 873 8 88 8106 8600,001-1,200,000 1024K1,200,001-2,400,000