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文檔簡介

第十二章可靠性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

12.1概論12.2元器件的篩選12.3.電子產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)12.4降額設(shè)計(jì)12.5漂移失效(marginalfailure)的設(shè)計(jì)12.6機(jī)械可靠性概率設(shè)計(jì):干涉理論12.7可靠性試驗(yàn)12.1概論在高費(fèi)用及通貨膨脹時(shí)代,獲得有效的備用系統(tǒng)的關(guān)鍵是:在最低費(fèi)用的基礎(chǔ)上得到性能,可靠性及系統(tǒng)其它參數(shù)之間的折衷平衡。它們之間有一定的矛盾,這就要求設(shè)計(jì)人員能夠掌握更新的設(shè)計(jì)方法,以較快的周期更新產(chǎn)品,設(shè)計(jì)人員必須使用戶在產(chǎn)品的性能,可靠性,維修性及費(fèi)用幾個(gè)方面達(dá)到可接受的平衡關(guān)系。在確定了可靠性,維修性,費(fèi)用,性能的設(shè)計(jì)指標(biāo)以后求解它們的最優(yōu)方案。

可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)容最大限度地提高固有可靠性,其中包括:原件的選擇與管理,降額設(shè)計(jì),參數(shù)設(shè)計(jì)與漂移設(shè)計(jì),環(huán)境防護(hù),貯備設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)的簡化與分析,這些措施都有利于提高系統(tǒng)的固有可靠性。設(shè)計(jì)中考慮降低生產(chǎn)與使用過程中可靠性的退化問題,進(jìn)行退化分析,維修設(shè)計(jì)措施,包括早期故障的判斷,故障分析等。制定元件的篩選或老練方案,可靠性試驗(yàn)。元件選擇及管理有以下幾個(gè)內(nèi)容:確定完成所需功能元件類型及預(yù)期的工作環(huán)境。確定元件的臨界值,(額定值),如果超過這個(gè)值有可能失效而出現(xiàn)危險(xiǎn)情況等,確定元件的質(zhì)量等級??煽啃苑峙渑c優(yōu)化設(shè)計(jì),重要度分析也是設(shè)計(jì)中的重要任務(wù)。費(fèi)用設(shè)計(jì),費(fèi)用的估計(jì)和分配技術(shù)??煽啃苑峙渑c優(yōu)化可靠性審查與評估儲備設(shè)計(jì)方法可靠性篩選的特點(diǎn)可靠性篩選只能剔除一批元件中早期失效元件,而不能提高產(chǎn)品的可靠性的固有數(shù)值。例如工藝上的缺陷,設(shè)計(jì)上的問題無法從篩選中排除,還氧樹脂龜裂就是一例。經(jīng)過篩選后的元件要求不產(chǎn)生失效機(jī)理和失效分布的變化,它是一種非破壞性試驗(yàn)??煽啃院Y選是對100%元件進(jìn)行試驗(yàn),不是抽樣試驗(yàn)。篩選分類檢查篩選:顯微鏡檢查,紅外線非破壞檢查,X射線非破壞檢查密封性篩選:很多元器件是在密封條件才能正常,檢查漏氣是十分重要的一項(xiàng)提高可靠性的措施,如氦檢或效射性檢漏。環(huán)境應(yīng)力篩選:振動加速度篩選,沖擊加速度篩選,離心加速度篩選20000g~100000g加速度,溫度沖擊篩選(-40C~85C沖擊鍺器件)(-55C~125C沖擊硅器件)壽命儲存篩選:(i)高溫儲存篩選,(ii)功率老化篩選應(yīng)力篩選

篩選中的PDA值控制技術(shù)

PDA是PercentDefectiveAllowable的縮寫。意為“批允許不合格率”。PDA不是試驗(yàn)方法,而是一種試驗(yàn)控制技術(shù)。PDA技術(shù)的引入使篩選的作用有一個(gè)質(zhì)的飛躍。在引入前,篩選只是100%的“過篩”,不合格的全“篩”下去,合格的當(dāng)然都將會使用,但這些合格器件的失效率仍是個(gè)未知數(shù)。PDA技術(shù)能部分解決這個(gè)問題。應(yīng)用它能分辨出某批電路將來使用時(shí)失效率將較低,而某批電路“過篩”后的“合格”品失效率仍高,仍然必須整批報(bào)廢。

PDA技術(shù)可簡述

①事先確定PDA的控制值,如質(zhì)量S級的產(chǎn)品,PDA的控制值選3%,質(zhì)量B級選5%等。②經(jīng)規(guī)定的試驗(yàn)篩選后,有失效數(shù)為r,投入試驗(yàn)的產(chǎn)品數(shù)N,則定義批缺陷率P=r/N③將P與PDA值比較,如P值大,則該批拒收。如P值不大,則通過該試驗(yàn)。④P值直接反映試驗(yàn)前該批產(chǎn)品的可靠性水平,即當(dāng)P值增加,產(chǎn)品可靠性急劇下降。

例12-1:設(shè),,/小時(shí),從100個(gè)元件中,其中次品有10個(gè),求達(dá)到系統(tǒng)/小時(shí)和0.0012/小時(shí)的篩選時(shí)間??煽啃灶A(yù)計(jì)的目的

1、定量地給出產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)指標(biāo);2、通過預(yù)計(jì)了解產(chǎn)品的各元器件之間的可靠性關(guān)系,并為改進(jìn)和提高產(chǎn)品的可靠性提供依據(jù);3、找出產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié),為改進(jìn)產(chǎn)品可靠性提供措施;4、通過可靠性預(yù)計(jì)與分配,節(jié)約開發(fā)費(fèi)用;①可靠性預(yù)計(jì)的計(jì)數(shù)法表12-1半導(dǎo)體分立器件通用質(zhì)量系數(shù)③基本失效率的數(shù)學(xué)模型例12.2:金屬膜電阻,額定功率0.25W,20k,質(zhì)量等級,環(huán)境溫度50C,耗散功率0.1W,例12.3:固體鉭電解電容器,質(zhì)量等級,額定工作電壓40v(直流),額定電容量15,工作電壓16v(直流),環(huán)境溫度70C,電容與電源之間回路電阻80正電源電路元器件清單

12.4降額設(shè)計(jì)通過設(shè)計(jì)有目的地降低元器件工作時(shí)實(shí)際承受的應(yīng)力,以降低元器件的工作失效率。其設(shè)計(jì)的依據(jù)是:GJB/Z35-93<元器件降額準(zhǔn)則>。降額的基本參數(shù)各個(gè)不同工程領(lǐng)域不完全相同,一般大家熟悉的有這樣一些參數(shù):電壓,電流,功率,轉(zhuǎn)矩,速度,濕度,溫度等。

國產(chǎn)可控硅的降額因子

漂移失效在可靠性的研究中,大多數(shù)失效是指突發(fā)性失效,這種失效是偶然性的,服從某種隨機(jī)的規(guī)律,但許多產(chǎn)品的失效除了突發(fā)性的以外還有隨時(shí)間的積累而產(chǎn)生的一種漂移性的參數(shù)改變。這種軟故障到達(dá)一定的程度以后不能滿足確定功能要求,實(shí)際上也判為失效或故障,現(xiàn)在從失效的觀點(diǎn)來研究漂移失效。電路的漂移分析,或有時(shí)叫容差分析,主要是應(yīng)用于關(guān)鍵電路。由于某個(gè)變量超過界限值而引起的失效就叫界限失效。如果這種界限,隨時(shí)間慢慢的漂移最終超過界限值,這種場合稱之為漂移失效,又稱退化失效。例12.4一個(gè)LC調(diào)諧回路,其中的電感為50微亨誤差10%,電容為30微微法誤差5%,設(shè)頻率漂移的最大允許值200Hz,求原設(shè)計(jì)的電感和電容能否滿足上述頻率漂移要求,如果不滿足,應(yīng)如何提高元器件的精度?機(jī)械可靠性

機(jī)械部件的失敗一般不完全遵守指數(shù)分布規(guī)律,從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,有些機(jī)械部件的壽命采用威布爾分布形式,磨損失效是影響機(jī)械零件及設(shè)備可靠性的主要因素,例如由于潤滑不好,配對材料質(zhì)量欠佳,密封泄漏,高速或高溫條件潤滑情況惡化等原因,引起零件的磨損、擦傷和膠合等不同的失效模式,盡管可靠性理論在機(jī)械部件中的研究近十年來已有進(jìn)展,但是不同的部件或者環(huán)境的作用影響很大,磨損耗量隨時(shí)間增長,其離散性越來越大,分布參數(shù)也有較大的不確定性,因此機(jī)械部件的可靠性理論有待進(jìn)一步深入研究。一種用于強(qiáng)度研究的概率論分析受到廣泛的應(yīng)用,由于模型中考慮到強(qiáng)度與應(yīng)力分布之間的干涉關(guān)系,所以這種理論又稱干涉理論。12.6機(jī)械可靠性概率設(shè)計(jì):干涉理論例12.5設(shè)計(jì)一拉桿,已知作用于桿的拉力載荷kgf,拉桿材料為低合金鋼,其強(qiáng)度極限kgf/mm2,標(biāo)準(zhǔn)偏差kgf/mm2,求可靠度為0.999時(shí)拉桿的截面半徑。例12.3由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)知道,零件(浮動花鍵軸)在工作到小時(shí)時(shí),磨損量的平均值為微米,微米,設(shè)計(jì)上允許零件的磨損量為微米,試問達(dá)到工作時(shí)間t的零件耐磨可靠度?12.7可靠性試驗(yàn)12.7.1引言為了了解各種外界因素的影響量(應(yīng)力)對產(chǎn)品可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的作用,需要進(jìn)行可靠性試驗(yàn),可靠性試驗(yàn)是評價(jià)和分析產(chǎn)品可靠性的基本工作環(huán)節(jié)。通過可靠性試驗(yàn)可以確定電子產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存時(shí)的可靠性特征量,為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用提供有用的數(shù)據(jù);也可以充分暴露產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造等方面所存在的問題?,F(xiàn)場試驗(yàn)是最客觀最有意義的試驗(yàn),但這不是一件容易的事,往往需要很長的試驗(yàn)時(shí)間,而且要有準(zhǔn)確的現(xiàn)場可靠性使用數(shù)據(jù)報(bào)告,可靠性試驗(yàn)是生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。

可靠性試驗(yàn)分類

可靠性試驗(yàn)的種類較多,按試驗(yàn)性質(zhì)分,有破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn),按可靠性試驗(yàn)?zāi)康姆郑泻Y選試驗(yàn)、摸底試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn),驗(yàn)證試驗(yàn),批量保證試驗(yàn)和交收試驗(yàn)等;按可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目可以分為:壽命試驗(yàn),使用條件試驗(yàn),環(huán)境試驗(yàn)和特殊試驗(yàn)等。

加速壽命試驗(yàn)

環(huán)境試驗(yàn)

環(huán)境大致可分為四大類:(1)工業(yè)環(huán)境:①腐蝕性介質(zhì):如二氧化硫(),二氧化碳(),硫化氫()氣體,腐蝕性液體及腐蝕性粉塵等;②高溫與低溫:如冶煉廠的高溫、冷煉廠的低溫;③高氣壓與低氣壓:如氨()管道的高氣壓,真空中的低氣壓④固體性粉塵:如磨損性粉塵、導(dǎo)電性粉塵及可燃性粉塵等。(2)自然環(huán)境:自然環(huán)境分為氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、生物環(huán)境、輻射環(huán)境及電環(huán)境等。(3)人為環(huán)境:人為環(huán)境有使用、維護(hù)、包裝及貯存等。(4)特殊使用環(huán)境:環(huán)境試驗(yàn)的種類

(1)現(xiàn)場使用試驗(yàn)(2)天然暴露試驗(yàn)

(3)人工模擬試驗(yàn)人工模擬試驗(yàn)是一種在短期內(nèi)觀察產(chǎn)品所能承受的應(yīng)力有多大的試驗(yàn)。常用的有低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、濕度沖擊試驗(yàn)、濕度循環(huán)試驗(yàn)、潮濕試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)、塵砂試驗(yàn)、振動試驗(yàn)、碰撞試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)、爆炸試驗(yàn)、聲振試驗(yàn)等。我國四機(jī)部對電子元器件的基本環(huán)境技術(shù)要求等級和試驗(yàn)方法都有標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性壽命試驗(yàn)

產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)在規(guī)定的環(huán)境條件、工作條件和維修保養(yǎng)條件下的壽命試驗(yàn)。壽命試驗(yàn)是分析產(chǎn)品壽命特征和失效規(guī)律的試驗(yàn)。通過這種試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品壽命統(tǒng)計(jì)規(guī)律的特征量(如失效率、平均壽命等),以便作為可靠性預(yù)測、可靠性設(shè)計(jì)、制定篩選條件,改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。一般地說,可靠性試驗(yàn)通常指壽命試驗(yàn)。1)

加速試驗(yàn)2)

長期壽命試驗(yàn)壽命試驗(yàn)方案

四種試驗(yàn)方案序貫截尾試驗(yàn)定時(shí)截尾試驗(yàn)定數(shù)截尾試驗(yàn)逐次結(jié)尾試驗(yàn)法(適合現(xiàn)場試驗(yàn))

電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)鑒定及驗(yàn)收

(指數(shù)分布)

可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)主要考核兩個(gè)方面

1.可靠性測定試驗(yàn)(Reliabilitydeterminationtest)為確定產(chǎn)品的可靠性特征量的數(shù)值(如:MTBF、等)而進(jìn)行的試驗(yàn)。如可靠性摸底試驗(yàn)等。2.可靠性合格試驗(yàn)(Reliabilitycompliancetest)為確定產(chǎn)品可靠性特征量是否符合所要求的水平進(jìn)行的試驗(yàn)。它包括:(1)可靠性鑒定試驗(yàn)(Reliabilitycompliancetest)是為了驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能否符合所要求的水平而進(jìn)行的試驗(yàn),(2)這類試驗(yàn)

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