【正文】 產(chǎn)品 可靠性試驗(yàn) 質(zhì)量部 Prepare by : Chaste li 李鳳設(shè) ? 環(huán)境應(yīng)力 篩選試驗(yàn) 技術(shù) (ESS) ? 高加速壽命 測試 （ HALT） 課程 重點(diǎn) 可靠 性 的 重要 如果 我們的產(chǎn)品有高的可靠性，那就能打入激烈競爭的世界市場，從而獲得巨大 經(jīng)濟(jì)效益 ； 相反 ，則會被擠出 市場 電子產(chǎn)品的復(fù)雜程度在不斷增加 一般說來，電子設(shè)備所用的元器件數(shù)量越多，其可靠性問題就越嚴(yán)重 提高產(chǎn)品的信譽(yù) ，企業(yè)的信譽(yù) 產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)作為衡量電子元器件質(zhì)量好壞的標(biāo)志，這只反映了產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一個(gè)方面，還不能反映產(chǎn)品質(zhì)量的全貌 。 可靠性 就是信譽(yù)，就是 市場。 高可靠性產(chǎn)品可獲得高的經(jīng)濟(jì)效益 減少設(shè)備故障導(dǎo)致的停產(chǎn) 損失， 設(shè)備故障影響生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，特別是大型流程企業(yè)，關(guān)鍵設(shè)備的故障導(dǎo)致工廠 停產(chǎn)導(dǎo)致巨大損失；高可靠性 減少 設(shè)備的維修費(fèi) 用 高可靠性產(chǎn)品，才有高的競爭能力 什么是 可靠性 ？ 可靠性的 定義： 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間區(qū)間（或操作次數(shù)）內(nèi) 完成規(guī)定規(guī)定功能的能力 。 規(guī)定 的條件 ： 以時(shí)間為尺度度量產(chǎn)品的可靠特性，它是可靠性區(qū)別與產(chǎn)品其他特性的重要特性。產(chǎn)品的可靠性與規(guī)定的時(shí)間是密切相關(guān)的。產(chǎn)品的可靠性隨著其使用時(shí)間的增長而降低 。 ? 負(fù)載 和維護(hù)條件： 如供電電壓、輸出功率、載荷、使用方法、使用頻率、操作人員的技術(shù)水平、維修方法等。 ? 環(huán)境條件 ：如氣候環(huán)境（溫度、濕度、壓力等）、生物和化學(xué)環(huán)境（生物作用物質(zhì)霉菌、化學(xué)作用物質(zhì)鹽霧等）、機(jī)械環(huán)境（振動、沖擊等）、電磁環(huán)境（電場、磁場、電磁場等）。 ? 儲存條件 ：如運(yùn)輸和保管等條件。 規(guī)定的功能： 指產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)條件中所規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)性能（技術(shù)指標(biāo)），如儀器儀表的準(zhǔn)確度及其他靜態(tài)、動態(tài)性能指標(biāo)等。 規(guī)定的條件 使用 可靠性： 產(chǎn)品在使用中表現(xiàn)出的一種能力特性，它與固有可靠性、安裝、操作、維修等有關(guān) 。 可靠性的 分類 定義 固有可靠性： 產(chǎn)品 在設(shè)計(jì)制造中賦予的可靠性。 基本 可靠性： 產(chǎn)品在規(guī)定條件下無故障的持續(xù)時(shí)間或概率 。 任務(wù)可靠性： 產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。 失 效 率 早 夭期 隨機(jī)失效期 老 化 期 產(chǎn)品壽命期 韋布爾分布 指數(shù)分布 正態(tài)分布 產(chǎn)品失效的三個(gè)時(shí)期 浴缸 曲線 什么是失效率曲線 （浴盤曲線 ）？ 產(chǎn)品 的失效率隨工作時(shí)間的變化具有不同的特點(diǎn)，根據(jù)長期以來的理論研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)設(shè)備失效率曲線形同浴盤的剖面，它明顯地分為三段，分別對元器件的三個(gè)不同階段或時(shí)期。 早夭期 隨機(jī)失效期 老化期 表明器件在開始使用時(shí)， 失效率很高 ，但隨著產(chǎn)品工作時(shí)間的增加，失效率迅速降低，這一階段失效的原因大多是由于設(shè)計(jì)、原材料和制造過程中的缺陷造成的。為了縮短這一階段的時(shí)間，產(chǎn)品應(yīng)在投入運(yùn)行前 進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn) ，以便及早發(fā)現(xiàn)、修正和排除故障；或通過試驗(yàn) 進(jìn)行篩選 ，剔除不合格品。 偶然失效期， 也稱隨機(jī)失效期；這一階段的特點(diǎn)是 失效率較低 ，且較穩(wěn)定，往往可近似看作常數(shù)，產(chǎn)品可靠性指標(biāo)所描述的就是這個(gè)時(shí)期，這一時(shí)期是產(chǎn)品的良好使用階段。 耗損失效期； 該階段的失效率隨時(shí)間的延長而 急速增加， 主要原因是器件的損失己非常的嚴(yán)重，壽命快到盡頭了，可適當(dāng)?shù)木S修或直接更換 了。 早夭 期 故障率高 :時(shí)間增加時(shí) ,故障率減少 . 故障 原因 : . . . . 故障 消除法 : (Debugging) 機(jī) (Burn~in) (Screening) 老化期 /磨耗期 故障率高 :時(shí)間增加 ,故障率增加 . 故障 原因 : (Wearout) 故障消除法 : (Preventive Maintenance) . (Overhaul) 隨機(jī)失效期 /可用 期 故障率為一定常 數(shù) ,故障率 穩(wěn) 定且低 . 故障原因 : 發(fā) 的 (Chance Failure). 先天限制 . . 養(yǎng) ,維 修不良 . 故障消除法 : . 程管制 . 修保 養(yǎng) . 失效時(shí)期 早夭期 隨機(jī)失效期 老化期 常見失效機(jī)理 設(shè)計(jì)不夠完善 環(huán)境條件的變化波動 氧化 ,腐蝕 選用有缺陷的原材料 誤用 疲勞 ,磨損 制程 ,工藝不夠完善 性能退化 各個(gè)失效期的原因及預(yù)防措施 各個(gè)階段可靠性試驗(yàn) 目的 （ 1）在 研制階段：使產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定的可靠性指標(biāo) 發(fā)現(xiàn) 設(shè)計(jì)缺陷、零組件缺陷、工藝技術(shù)缺陷、環(huán)境適應(yīng)性 方面存在的問題，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)，達(dá)到預(yù)定的要求 。 （ 2） 在產(chǎn)品研制定型時(shí)：進(jìn)行可靠性 鑒定 新產(chǎn)品研制定型時(shí)，要根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（或產(chǎn)品技術(shù)條件）進(jìn)行鑒定實(shí)驗(yàn)，以便全面考核產(chǎn)品是否達(dá)到規(guī)定的可靠性指標(biāo) 。 （ 3）在 生產(chǎn)過程中：控制產(chǎn)品的質(zhì)量 因 原材料質(zhì)量較差或工藝流程 失控等原因造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，在產(chǎn)品的可靠性實(shí)驗(yàn)中就能反映出來，從而及時(shí)采取糾正措施使產(chǎn)品質(zhì)量恢復(fù)正常 。 （ 4）出貨 前，進(jìn)行可靠性篩選：提高整批產(chǎn)品的可靠性水平 將各種原因如原材料有缺陷、工藝措施不當(dāng)、操作人員疏忽、生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障、質(zhì)量檢驗(yàn)不合格等） 造成早期失效的產(chǎn)品剔除掉 ，從而提高整批產(chǎn)品的可靠性水平。以免該產(chǎn)品于日后使用過程中 ,遭受環(huán)境應(yīng)力時(shí)而導(dǎo)致失效 發(fā)生 （ 5）研制、售后：研究 產(chǎn)品的失效機(jī)理 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在失效模式，找出引起產(chǎn)品失效機(jī)理，產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施來提高產(chǎn)品的可靠性水平 。 ? 老化 試驗(yàn) (老煉試驗(yàn) ) ? 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) ESS ? 可靠性增長試驗(yàn) ? 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn) ? 可靠性鑒定試驗(yàn) (MTBF) ? 高 加速壽命試驗(yàn) HALT ? 高 加速環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) HASS ? 壽命試驗(yàn) ? 耐久性試驗(yàn) ? 可靠性 強(qiáng)化試驗(yàn) 可靠性試驗(yàn) 的類型 篩選試驗(yàn)： 增長試驗(yàn) ： 溫度 循環(huán) 隨機(jī)振動 高溫 冷熱沖擊 單頻 正弦 振動 體溫 機(jī)械沖擊 濕度 加速度 暴露材料和制造工藝中的缺陷， 剔除產(chǎn)品早期故障； 激發(fā)產(chǎn)品故障隱患，進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn) ，提高其固有可靠性； 驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性，通常是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)狀況 下，及早 發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的缺陷及弱點(diǎn) 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn) 工程試驗(yàn) 驗(yàn)收試驗(yàn)（批接收） 鑒定試驗(yàn)（評價(jià)MTBF） 試驗(yàn)的分類 對產(chǎn)品的可靠性水平進(jìn)行評價(jià) 時(shí)，它運(yùn)用 抽樣方案， 在保證生產(chǎn)者不致使質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品被拒收的條件下進(jìn)行鑒定實(shí)驗(yàn) 。 試驗(yàn)項(xiàng)目 環(huán)境應(yīng)力篩選 ESS 可靠性增長 RGT 目的 消除早期故障 消除系統(tǒng)性故障 時(shí)間 /階段 交付使用前 研發(fā) /使用期間 試樣 全體產(chǎn)品 樣品 方法 試驗(yàn) 激發(fā)故障 試驗(yàn) 改進(jìn) 試驗(yàn) 故障處理 修復(fù) /更換 設(shè)計(jì) /工藝改進(jìn) 處理對象 個(gè)別問題產(chǎn)品 全體產(chǎn)品 可靠度 (Reliability)： 可靠度表示產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的 概率， 定義 為產(chǎn)品的 “可靠度” 。 假設(shè) 有 N個(gè)零件，經(jīng)過時(shí)間 t后有 NQ(t)個(gè)零件失效， NR(t)個(gè)零件仍能正常工作，則該零件可靠度 R(t) 失效率，故障率 (Failure Rate) ： 產(chǎn)品 工作到 t時(shí)刻后，在下一單位時(shí)間內(nèi)失效的概率 。 即 產(chǎn)品工作到 t時(shí)刻后，在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)與在時(shí)刻 t時(shí)仍在正常工作的產(chǎn)品數(shù)之比 。 N個(gè)產(chǎn)品 t=0時(shí)開始工作，到時(shí)刻 t失效數(shù)為 n(t)， t時(shí)刻的殘存產(chǎn)品數(shù)為 Nn(t),在 (t,t+?t)時(shí)間區(qū)間內(nèi)有 ?n(t)個(gè)產(chǎn)品失效，則時(shí)刻 t的失效率 為 平均無故障工作時(shí)間 /平均壽命 (平均失效時(shí)間 , Mean Time Between FailuresMTBF)：是 指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為平均故障 間隔 ,失效的平均間隔時(shí)間，即 平均無故障工作時(shí)間 。 它僅適用于可維修產(chǎn)品。同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為 MTBF。 NtNtR R )()( ?產(chǎn)品數(shù)時(shí)刻附近仍正常工作的單位時(shí)間失效的產(chǎn)品數(shù)附近時(shí)刻)(ttt ??ttnN tnttnttnN tnt ?? ???????? )]([ )()()]([ )()(?如何評價(jià)可靠度？ 衡量 產(chǎn)品可靠性的 指標(biāo) 定義 ： Environmental Stress Screening 一種對產(chǎn)品進(jìn)行 全數(shù)檢驗(yàn) 的非破壞性試驗(yàn)， 其目的是為選擇具有一定特性的產(chǎn)品或剔除早期失效 的產(chǎn)品 ，以提高產(chǎn)品的使用可靠性。產(chǎn)品在制造過程中，由于材料的缺陷，或由于工藝失控，使部分產(chǎn)品出現(xiàn)所謂早期缺陷或故障，這些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保證在實(shí)際使用時(shí)產(chǎn)品的可靠性水平。環(huán)境應(yīng)力篩選是一種利用環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量管理的程序，其主要目的是利用特定且 低于 產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)度的環(huán)境應(yīng)力，使產(chǎn)品潛在的疵病提早暴露出來而加以剔除， 使出廠 產(chǎn)品其有穩(wěn)定的設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免在正常使用時(shí)因這類疵病的存在而 發(fā)生失效 ，減少維修成本及因失效引起的不必要損失 。 為了決定理想的篩選試驗(yàn)應(yīng)力，必須首先分析早期失效和確定最有可能引起這些失效的應(yīng)力類型。 針對 進(jìn)料檢驗(yàn)合格之 零件 ， 仿真 實(shí)際使用 狀況 ， 引用 適當(dāng)?shù)?環(huán)境應(yīng)力 ， 剔除 次級 零件 ， 減少 修理服務(wù)花費(fèi)的大量修理時(shí)間與成本 . 檢驗(yàn) 合格之 零件 ， 若 不經(jīng)篩選試驗(yàn)裝配于系統(tǒng)中之最初 一年 ， 早 夭 期 將 有 2%~6%之失效率 參考標(biāo)準(zhǔn)： MILHDBK338B 《 Electronic Reliability Design Handbook》 GJB/Z 3493 《 電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南 》 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn) (ESS)的定義 Environmental Stress Screening， ESS 應(yīng)力 篩選是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)強(qiáng)度極限下，運(yùn)用加速技巧外加環(huán)境應(yīng)力，如：預(yù)燒(burn in)、溫度循環(huán) (temperature cycling)、隨機(jī)振動 (random vibration)、開閉循環(huán)(power cycle)等 方法，透過加速應(yīng)力來使?jié)摯嬗诋a(chǎn)品的瑕疵浮現(xiàn) [潛在零件材料瑕疵、設(shè)計(jì)瑕疵、制程瑕疵、工藝瑕疵 ]，以及消除電子或機(jī)械類殘留應(yīng)力，還有消除多層電路板間的雜散電容，將澡盆曲線里面的早夭期階段的產(chǎn)品事先剔除與修里，使產(chǎn)品透過適度的篩選，保存澡盆曲線的正常期與衰退期的產(chǎn)品，以避免該產(chǎn)品于使用過程中，受到環(huán)境應(yīng)力的考驗(yàn)時(shí)而導(dǎo)致失效，造成不必要的損失，雖然使用 ESS應(yīng)力篩選會增加成本與時(shí)間，但是對于提高產(chǎn)品出貨良率與降低返修次數(shù)，有顯著的效果，對于總成本反而會降低，另外客戶信任度也會有所提升，一般針對于電子零件的應(yīng)力篩選方式有預(yù)燒、溫度循環(huán)、高溫、低溫， PCB印刷電路板的應(yīng)力篩選方式為溫度循環(huán)，針對于電子成本的的應(yīng)力篩選為：通電預(yù)燒、溫度循環(huán)、隨機(jī)振動，另外應(yīng)力篩本身是一種制程階段的過程，而不是一種試驗(yàn)，篩選是 100％對產(chǎn)品進(jìn)行的程序 。 應(yīng)力 篩選適用產(chǎn)品階段： 研發(fā)階段、批量生產(chǎn)階段、出廠前 (篩選試驗(yàn)可以在組件、器件、連接器等產(chǎn)品或整機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行，根據(jù)要求不同 可以有 不同的篩選應(yīng)力 ) 應(yīng)力篩選比較： 恒定 高溫預(yù)燒 (Burn in)的應(yīng)力篩選，是目前電子 IT產(chǎn)業(yè)常用析出電子元器件缺陷的方法，但是這種方式比較不適合用于篩選零件 (PCB、 IC、電阻、電容 )，根據(jù)統(tǒng)計(jì)在美國使用溫度循環(huán)對零件進(jìn)行篩選的公司數(shù)要比使用恒定高溫預(yù)燒對組件進(jìn)行篩選的公司數(shù)多 5倍。 通過 在產(chǎn)品上施加一定的環(huán)境應(yīng)力，以剔除由不良元器件、零部件或工藝缺陷引起的產(chǎn)品早期故障的一種工序或方法 。 √ 不是 抽樣的，而是 100%試驗(yàn) 篩選 試驗(yàn) 是 一種非破壞性實(shí)驗(yàn)，不影響整批產(chǎn)品失效機(jī)理、失效模式和正常工作 。環(huán)境應(yīng)力篩選不改變產(chǎn)品的固有可靠度 。 由 篩選試驗(yàn)分出 的等級是相應(yīng)于壽命要求和產(chǎn)品預(yù)期應(yīng)用的工作條件而定的，但篩選實(shí)驗(yàn)條件不必準(zhǔn)確的模擬真實(shí)的工作條件和環(huán)境條件 。 √ 不能提高產(chǎn)品的固有可靠性 可提高 合格品的總的可靠性 水平，不能 提高每個(gè)產(chǎn)品的 壽命 。 對單個(gè)產(chǎn)品來說，可靠性實(shí)驗(yàn)不能提高其可靠性，相反，若篩選項(xiàng)目和所用的“應(yīng)力”水平選擇不當(dāng)，還會使單個(gè)產(chǎn)品的可靠性降低，同時(shí)，對于生產(chǎn)