可靠性寿命试验

1、可靠性寿命试验,可靠性试验定义和目的,为测定，验证，评价，分析或者提高产品可靠性而进行的 试验成为可靠性试验。 目的： 确定电子产品的可靠特征量。 产品研制定型时，进行鉴定试验，考核是否达到可预订的可靠性指标。 研究产品失效机理。,按试验目的分类表,按试验项目的分类表,寿命试验,全寿命试验 截尾试验 定时截尾：实验到规定的时间而中止 定数截尾：实验到出现规定的故障数或失效数时而中止 如受测试的样品数量为n，则存在下列截尾试验方法： (n,无,时)-取n个产品进行无替换定时截尾寿命试验 (n,无,数)-取n个产品进行无替换定数截尾寿命试验 (n,有,时)-取n个产品进行有替换定时截尾寿命试验 (

2、n,有,数)-取n个产品进行有替换定数截尾寿命试验,寿命试验参数的数值分析估算法,参数点估计 当母体的分布类型已知，常用极大似然法来寻求未知参数的 估计。 极大似然估计: Maximum likelihood estimation (MLE) 设母体的待估参数为,它可以取很多值.我们在的一切可能值之中选 出一个使子样观察结果出现的概率的最大值的估算,记为 ,并称 为 的极大似然估计(MLE). 我们把已经发生的事件，看成最可能出现的事件，即认为它 具有最大的概率。,3p2(1-p),3p2(1-p)=3(0.1)2x0.9=0.027 3p2(1-p)=3(0.2)2x0.8=0.096,设有

3、一批量很大的产品，预计它们的不合格率p只可能是0.1或0.2. 为了确定这批产品的不合格率p到底是多少，从中任取3件产品, 发现有两件不合格,一件合格,如何根据这个字样观察值对p作出估计?,四种截尾寿命试验,在指数分布场合,失效率和平均寿 命的的MLE可以统一成一个公式: =r/T, =T/r,例1: 从寿命服从指数分布的产品里随机抽取7个样品进行(n,无,时)试验,截尾时间为700hrs.试验结束时,失效时间按分别为650,450,120,530,600,450(小时）,求和平均寿命的的MLE. 解： n=7, r=6 T=650+450+120+530+600+450+(7-6)*700=

4、3500hrs 的MLE为: r/T=6/3500=0.00171/hr 的MLE为: T/r=3500/6=583.3 hr,例2: 从寿命服从指数分布的产品里随机抽取7个样品进行(n,有,时)试验,截尾时间为700hrs.试验结果如下,求和平均寿命的的MLE. 解: n=7, r=8 T=4900hrs 的MLE为: r/T=8/4900=0.001633/hr 的MLE为: T/r=4900/8=612.5hr,.U ,L ,P(L U )=1- ,=0.9,2. 参数区间估计,= 1-C C: 置信区间/置信度 : 风险度/显著性水平 T: 总实验时间 n: 样本数量 2r+2: 自由

5、度 2 : 二项式分布/卡方分布,定时结尾双侧区间估计 定时结尾单侧区间估计,例3: 从寿命服从指数分布的产品里随机抽取7个样品进行(n,无,时)试验,截尾时间为700hrs.试验结束时,失效时间按分别为650,450,120,530,600,450(小时）,求 1.置信水平为90%的平均寿命的单侧置信下限. 2.置信度为80%双侧置信区间. 3.若试验中到截尾时间700hrs时都无失效发生,如何求平均寿命. 解： n=7, r=6 T=650+450+120+530+600+450+(7-6)*700=3500hrs 置信水平为90%的单侧置信下限为L=332.32hrs 置信度为80%双侧

6、置信区间L, U为332.32,1110.44,例4: 设产品寿命服从指数分布.抽其n个样品进行无替换的定时截尾寿命试验。如果在测试中无失效发生，那么在置信水平0.95下，为了满足平均寿命的单侧置信下限为1000hrs,总的试验时间应为多少？ 解： 置信水平为95%的单侧置信下限为1000hrs总的试验时间为2995.5hrs.,平均寿命的最大似然估计(MLE)和置信区间,例5: 某产品寿命符合指数分布,抽其20个样品进行500小时的无替换可靠性试验.在实验期间有5个产品失效.它们的失效时间分别为110,180,300,410,480小时,现要求工作时间为2小时,10小时,50小时时置信水平为

7、0.9的可靠度置信区间. 1. 可靠度R(t)=1-F(t)= e-t(t0)=e-t/MTBF 我们用来表示MTBF,那么无论是哪种截尾寿命,平均寿命的置信水平为90%的置信 区间(L, U)是可以求得的,且满足 P(L U)=0.9 P(e-t/L e-t/e-t/u)=0.9 RL(t)=e-t/L RU(t)=e-t/U 2.根据无替换的定时截尾寿命试验下MTBF计算为: =(110+180+300+410+480+(20-5)*500)/5=1796 hours 3. L =CL* =0.476*1796=854.9 hrs U =CU*=2.538*1796=4558.2 hrs

8、4. RL(2)=e-t/L= e-2/854.9= 0.9977 RU(2)=e-t/U= e-2/4558.2= 0.9996 (RL(10), RU(10) =(0.9884,0.9978), (RL(50), RU(50) =(0.9432,0.9891),加速寿命试验,目的: 较短时间内用较少的样品估计高可靠性器件的可靠性水平; 短时间内提供测试结果,检验器件设计,工艺等改进的效果, 同时可以比较不同工艺和器件结构的利弊; 短时间内暴露器件或电路的失效形式,结合失效分析,了解 失效的机理,反馈到设计制造部门加以纠正.同时可以合理制 定筛选条件和测试规范. 机理： 加大应力(诸如热应力

9、,电应力,机械应力等)的办法,加快产品 失效,缩短测试时间,运用加速寿命模型,估计出产品在正常工 作应力下的可靠性特征.S0, S1,S2Sn 在遇多种失效机理的情况下，就应到选择那种对产品失效机 理起促进最大的应力作为加速应力。 加速失效进程，但是不能改变失效机理.,微电子器件参数的退化是由器件内部物理和化学变化引起的， 当这种变化积累到一定程度时即发生失效，退化经历的时间 即产品的寿命.,Arrhenius Model（阿伦尼斯模型）,The max use environment is 45C, the max burn-in environment is 80C The targete

10、d failure has an activation energy of 0.60eV. The nominal customer end-use ambient temperature is 25C the thermal rise of the UUT above ambient in the customer environment is 15C The fluctuation of ambient temperature in the customer environment is 5C. The UUT is continuously powered at full load du

11、ring the duration of the burn-in test.,Tu = 45C = 318.15 K Tt = 80C = 353.15 K AT = exp 0.60/0.00008623 x (1/318.15)-(1/ 353.15 ) = 8.74,Coffin-Manson Model,ACMD = (TA/Tu)2 x (fA/fu) = Du/DA Du= DA*(TA/Tu)2 x (fA/fu),ACMD = Acceleration factor for number of cycles (dimensionless) TA = Thermal cycle

12、temperature change in accelerated environment (K) Tu = Thermal cycle temperature change in use environment (K) fu = Frequency of thermal cycles in use environment (cycles/day) fA = Frequency of thermal cycles in accelerated environment (cycles/day) Du = Time duration in use environment (days) DA = T

13、ime duration in accelerated environment (days),T max=80C, T mix=-10C, 3 hours with 3 complete thermal cycles in the customer end-use environment. T max in the accelerated environment= 80C T max in the use environment = 45C The nominal customer end-use ambient temperature= 25C The thermal rise of the

14、 UUT above ambient in the customer environment is 15C The fluctuation of ambient temperature in the customer environment is 5C. The customer end-use temperature change is 20C and the customer end-use environment classification is “computers”. TA = 80C-(-10C)+273.15= 90K Tu = 45C- 25C=20K fu = 4 cycl

15、es/day fA = 24 cycles/day ACMD= (90K/20K)2*(24/4)=121.5,ACMD = (TA/Tu)2 x (fA/fu) = Du/DA Du= DA*(TA/Tu)2 x (fA/fu),Norris-Landzberg Model,ANL = (TA / Tu)2 (fu / fA)1/3 e1414 *(1/Tu)-(1/TA) ),Where: ANL = Acceleration factor for number of cycles (dimensionless) TA = Thermal cycle temperature change

16、in accelerated environment (K) Tu = Thermal cycle temperature change in use environment (K) fu = Frequency of thermal cycles in use environment (cycles/day) fA = Frequency of thermal cycles in accelerated environment (cycles/day) Tu = Maximum UUT temperature in use environment (K) TA = Maximum UUT t

17、emperature in accelerated environment (K),ANLD = (TA / Tu)2 (fu / fA)1/3 e1414 *(1/Tu)-(1/TA) ) *(fA/fu),Where: ANLD = Acceleration factor for time duration (dimensionless) TA = Thermal cycle temperature change in accelerated environment (K) Tu = Thermal cycle temperature change in use environment (K) fu = Freq