《電子設(shè)備可靠性工程》課件第10章

第10章

可靠性試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理10.1概述10.2可靠性抽樣試驗(yàn)10.3壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)10.4電子設(shè)備產(chǎn)品壽命試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理10.5加速壽命試驗(yàn)10.6可靠性環(huán)境試驗(yàn)10.7可靠性篩選試驗(yàn)10.8可靠性增長試驗(yàn)10.1概述

電子設(shè)備產(chǎn)品在方案設(shè)計(jì)完成后，各項(xiàng)性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)都已確定，根據(jù)方案論證結(jié)果，選擇了最佳方案，在對(duì)此方案進(jìn)行模型試驗(yàn)的同時(shí)，還要進(jìn)行可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)；在研制出樣機(jī)后也要作可靠性鑒定（驗(yàn)證）試驗(yàn)；產(chǎn)品在投入生產(chǎn)前，要在規(guī)定環(huán)境下作可靠性鑒定試驗(yàn)，將這些試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出它的可靠性特征量，如可靠壽命、平均壽命、可靠度、失效率等，確定產(chǎn)品是否符合規(guī)定的可靠性指標(biāo)，以便作為是否接收的依據(jù)。對(duì)有些產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)方法，已制定了國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如可靠性試驗(yàn)(第1部分):試驗(yàn)條件和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)原理(GB/T5080.1-2012)、《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》（GJB150-2009）等。

可靠性試驗(yàn)盡可能在使用現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，也可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬試驗(yàn)，此時(shí)試驗(yàn)的環(huán)境應(yīng)盡量接近實(shí)際使用狀況。為達(dá)到試驗(yàn)要求，需要定出合理的抽檢方案，計(jì)算出適宜的抽樣數(shù)。因而在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)之前，應(yīng)制訂出完整的試驗(yàn)計(jì)劃，內(nèi)容包括：目的、要求、規(guī)模、項(xiàng)目、試驗(yàn)方法、抽檢方案、數(shù)據(jù)處理方法等；試驗(yàn)完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并做出判斷。

可靠性試驗(yàn)可分為：壽命試驗(yàn)、篩選試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn)三種。壽命試驗(yàn)包括：工作壽命試驗(yàn)，加速壽命試驗(yàn)，邊際壽命試驗(yàn)，貯存壽命試驗(yàn)。壽命試驗(yàn)按其停止試驗(yàn)的方式可分為無替換定數(shù)截尾試驗(yàn)、有替換定數(shù)截尾試驗(yàn)、無替換定時(shí)截尾試驗(yàn)、無替換定時(shí)截尾試驗(yàn)。“達(dá)到規(guī)定失效數(shù)就截止的試驗(yàn)”是定數(shù)截尾試驗(yàn)，該失效數(shù)稱為截尾數(shù)；“達(dá)到了規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間就截止的試驗(yàn)”是定時(shí)截尾試驗(yàn)。

另一類可靠性試驗(yàn)稱為可靠性增長試驗(yàn)，它是經(jīng)過“試驗(yàn)—故障分析—糾正—再試驗(yàn)”的提高和改進(jìn)過程，使樣機(jī)可靠性不斷增長的一種試驗(yàn)。在剛研制出來的樣機(jī)或最初生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，由于其中大多還不能達(dá)到設(shè)計(jì)的固有可靠度，必須進(jìn)行多次可靠性增長試驗(yàn)，找出故障源，修正設(shè)計(jì)，改進(jìn)制造方法，才能使產(chǎn)品逐步達(dá)到預(yù)定的可靠性指標(biāo)。10.2可靠性抽樣試驗(yàn)10.2.1兩類錯(cuò)誤及其風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)產(chǎn)品的批量是N確定后，根據(jù)什么原則來確定抽樣試驗(yàn)方案中的n和c呢？由于抽樣的隨機(jī)性，所以從一部分樣品質(zhì)量的試驗(yàn)結(jié)果推斷整批產(chǎn)品的質(zhì)量的好壞，一點(diǎn)都不犯錯(cuò)誤是不可能的，只能要求把錯(cuò)誤的概率盡量小些。在抽樣試驗(yàn)中，可能會(huì)犯兩類錯(cuò)誤： (1)由于抽樣的原因，把本來應(yīng)該是合格的一批產(chǎn)品誤判為不合格產(chǎn)品批而加以拒收，稱這類錯(cuò)誤為第一類錯(cuò)誤。犯這類錯(cuò)誤導(dǎo)致了生產(chǎn)方受到損失，所以把這類錯(cuò)誤的概率又稱為生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)，一般用

表示，通常取0.01,0.05,0.10等。

(2)由于抽樣的原因，把本來不合格的一批產(chǎn)品誤判為合格產(chǎn)品批而加以接收，稱這類錯(cuò)誤為第二類錯(cuò)誤。犯這類錯(cuò)誤導(dǎo)致了用戶受到損失，所以把這類錯(cuò)誤的概率又稱為使用方風(fēng)險(xiǎn)，一般用

表示，通常取0.05,0.10,0.20等。

10.2.2接收概率與抽樣特性曲線

在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性試驗(yàn)時(shí)，我們定下一個(gè)可以接受的MTBF值

，作為驗(yàn)收產(chǎn)品的臨界值，用L表示接收的概率。因此，在理想的情況應(yīng)該是：當(dāng)產(chǎn)品真正的MTBF值低于

時(shí)，肯定拒收這批產(chǎn)品（即L=0），當(dāng)產(chǎn)品的MTBF值高于

時(shí)，肯定地接收（即L=1），上述關(guān)系用圖10-1表示出來，稱為理想的抽樣檢查方案的OC（operatingcharacteristc）特性曲線，它是階躍變化的，這種形狀的曲線只有在對(duì)產(chǎn)品實(shí)際全數(shù)試驗(yàn)，而且沒有任何錯(cuò)誤的情況下，才有可能實(shí)現(xiàn)。顯而易見，這種理想的抽檢方案在實(shí)際上是不存在的。圖10-1理想的抽檢方案OC特性曲線

因此，我們的任務(wù)是要使設(shè)計(jì)出來的抽檢方案盡量接近于理想曲線，一個(gè)好的抽檢方案應(yīng)具有如下特點(diǎn)：當(dāng)產(chǎn)品可靠性達(dá)到預(yù)定指標(biāo)時(shí)，以高概率接收這批產(chǎn)品，即由于拒收了“好”的產(chǎn)品，使生產(chǎn)者蒙受的生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)

要?。划?dāng)產(chǎn)品可靠性降低時(shí)，接收時(shí)的概率迅速減少，而當(dāng)產(chǎn)品可靠性下降到某個(gè)規(guī)定限度時(shí)，以高概率拒收，即使用方風(fēng)險(xiǎn)

要小。在可靠性壽命抽檢中，我們規(guī)定了兩個(gè)MTBF的

、

，其中

是MTBF假設(shè)值的上限值，應(yīng)該以高的概率（1-

）接收這些產(chǎn)品，

是MTBF假設(shè)值的下限值，應(yīng)當(dāng)以高的概率值（1-

）拒收這些產(chǎn)品，即：(10-1)圖10-2壽命抽檢方案OC特性曲線

綜上所述，要得到一個(gè)抽檢方案，首先由生產(chǎn)和使用方協(xié)商確定四個(gè)數(shù)

、

、

、

，然后構(gòu)成一個(gè)抽驗(yàn)方案，使其OC曲線通過A、B兩點(diǎn)。因此，制訂一個(gè)抽檢方案，可以在確定

、

、

、

的基礎(chǔ)上，求滿足方程組(10-1)式的抽驗(yàn)量變n和合格判定數(shù)c的問題。下面分別討論各種不同的抽樣方案。圖10-3定時(shí)截尾抽檢方案設(shè)計(jì)框圖10.2.3定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)抽樣方案

這是在實(shí)際工作中獲得廣泛應(yīng)用的一種抽檢方案。即在一批產(chǎn)品中，任意抽取n個(gè)樣品，事先規(guī)定一個(gè)試驗(yàn)截止時(shí)間T，進(jìn)行壽命試驗(yàn)，規(guī)定一個(gè)失效數(shù)c，逐個(gè)記錄下失效發(fā)生的時(shí)間。并用

表示第r個(gè)失效發(fā)生的時(shí)間（r=1,2,...,c），如果,即達(dá)到規(guī)定試驗(yàn)截止時(shí)間還沒有出現(xiàn)第c個(gè)產(chǎn)品失效，則認(rèn)為產(chǎn)品合格。如果

，即在試驗(yàn)終止前已有c個(gè)產(chǎn)品失效，則停止試驗(yàn)，認(rèn)為產(chǎn)品不合格。這個(gè)方案的關(guān)鍵是對(duì)給定的

，確定抽取樣品數(shù)n及預(yù)定的失效數(shù)c，其框圖如圖10-3所示。

設(shè)產(chǎn)品的失效概率為p，則從一批總數(shù)N很大的產(chǎn)品中，任取n個(gè)樣品，得到r個(gè)失效產(chǎn)品的概率服從二項(xiàng)分布，因?yàn)楫?dāng)失效樣品數(shù)r≤c時(shí)，產(chǎn)品都可以被接收，則產(chǎn)品的接收概率為：(10-2)

如果元件服從指數(shù)分布，

為其平均壽命，通常1/

很小，因此t/

也較小，此時(shí)：(10-3)將上式代入（10-2）式得：(10-4)令：T=nt,得：(10-5)代入（10-1）式得出：(10-6)

例10-1制訂某類設(shè)備的平均壽命的驗(yàn)證試驗(yàn)方案，若使用方和生產(chǎn)方共同商定

=

=10%，

解已知查表10-1，試驗(yàn)方案為ＸⅡＣ，總試驗(yàn)時(shí)間為：接收數(shù)（合格判定數(shù)）c=13。當(dāng)r≤13時(shí)，接收該批設(shè)備，r>13時(shí)，拒收該批設(shè)備。

如取n=30臺(tái)設(shè)備做壽命試驗(yàn)，可修復(fù)相當(dāng)于有替換，故試驗(yàn)的截止時(shí)間為：即取30臺(tái)設(shè)備做壽命試驗(yàn)到5013小時(shí)截止，如失效次數(shù)不超過13，則通過驗(yàn)證試驗(yàn)，接收這批產(chǎn)品，否則拒收這批產(chǎn)品。10.2.4序貫壽命抽檢方案

前述定時(shí)截尾抽檢方案的優(yōu)點(diǎn)是比較簡單，是用試驗(yàn)截止時(shí)出現(xiàn)的失效數(shù)作為接收或拒收的判據(jù)。而序貫截尾壽命試驗(yàn)則是利用每個(gè)失效數(shù)所提供的信息進(jìn)行接收或拒收的判斷，因此是一種比較經(jīng)濟(jì)的抽檢方案，較適合整機(jī)的可靠性驗(yàn)收。其檢驗(yàn)規(guī)則是：從一批產(chǎn)品中任取n個(gè)樣品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，觀察第r個(gè)失效發(fā)生的時(shí)間，r=1,2,3...,n，并計(jì)算第r個(gè)失效發(fā)生時(shí)，n個(gè)產(chǎn)品的總試驗(yàn)時(shí)間

，規(guī)定合格下限時(shí)間為tB

，合格上限時(shí)間為

，則判斷規(guī)則為(10-7)當(dāng)

，上述概率為：得到概率比：(10-8)用概率比和兩個(gè)常數(shù)A、B作比較，A=

/(1-

)，B=(1-

)/

，檢驗(yàn)規(guī)則為：由此檢驗(yàn)規(guī)則知，繼續(xù)試驗(yàn)的條件是：將上式取對(duì)數(shù)整理后：令：則不等式變?yōu)椋河纱丝梢姡?10-9)即為我們所要求的界限。

如果我們把累積失效數(shù)r作為縱坐標(biāo)，總試驗(yàn)時(shí)間作為橫坐標(biāo)，則式(10-9)給出的是兩條斜率均為s的直線，

線以下為接收區(qū)，

線以上為拒收區(qū)，

線之間為繼續(xù)試驗(yàn)區(qū)，其圖形如圖10-4所示。圖10-4序貫壽命試驗(yàn)圖圖10-5截尾序貫試驗(yàn)圖

例10-2對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，設(shè)計(jì)要求如下：規(guī)定平均無故障工作時(shí)間=400h,極限平均無故障工作時(shí)間=200h，要求使用方和生產(chǎn)方的風(fēng)險(xiǎn)均為10%，試制訂一個(gè)截尾序貫壽命試驗(yàn)抽檢方案。圖10-6截尾序貫抽樣方案判決圖 10.3壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)

壽命試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)的一項(xiàng)主要內(nèi)容，用以考核、評(píng)價(jià)和分析產(chǎn)品的壽命特征及失效規(guī)律等，以便得出產(chǎn)品的平均壽命和失效率等可靠性數(shù)據(jù)，作為可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)。

壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)被試產(chǎn)品的特性以及試驗(yàn)?zāi)康膩碓O(shè)計(jì)其壽命試驗(yàn)方案，一般包括的內(nèi)容有：

(1)明確試驗(yàn)?zāi)康?，了解試?yàn)要求

壽命試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)被試產(chǎn)品的性質(zhì)和試驗(yàn)?zāi)康膩頂M定試驗(yàn)方案，目的不同，則試驗(yàn)方案也不同。要明確是否為驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性的驗(yàn)證試驗(yàn)，要區(qū)別是在規(guī)定環(huán)境條件下非工作狀態(tài)的有效試驗(yàn)（貯存試驗(yàn)），還是在規(guī)定條件下進(jìn)行加負(fù)荷的工作試驗(yàn)（工作壽命試驗(yàn)）等等。還需明確試驗(yàn)的要求，例如：試驗(yàn)后要得出哪幾項(xiàng)可靠性指標(biāo)？失效標(biāo)準(zhǔn)是什么，等等。

(2)調(diào)查試驗(yàn)對(duì)象，確定試驗(yàn)方法

經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)查研究，了解試驗(yàn)對(duì)象的生產(chǎn)批量、成本及其壽命等，才能確定適宜的試驗(yàn)方法，例如對(duì)于價(jià)廉物美且數(shù)量大的產(chǎn)品，可取較大的樣本量來大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，可采用完全子樣壽命試驗(yàn)；對(duì)于價(jià)值高且數(shù)量少而又復(fù)雜的產(chǎn)品，則樣本量只允許小，試驗(yàn)時(shí)間必然增加，欲縮短時(shí)間，則需采用加速試驗(yàn)。為節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間，還可采用截尾試樣，并做出有或無替換的決策。

(3)選定抽檢方案，計(jì)算樣本容量

根據(jù)產(chǎn)品的要求和特點(diǎn)，選定抽檢方案。一般來說，

與

越接近，

和

越小，樣本容量n就越大。當(dāng)驗(yàn)證試驗(yàn)大綱受時(shí)間和進(jìn)度限制，且試驗(yàn)以計(jì)量為基礎(chǔ)，故障前工作時(shí)間分布是已知的時(shí)候，可以選用定時(shí)截尾抽檢方案。按選定

值，并根據(jù)上節(jié)(10-6)式，計(jì)算出n和失效序數(shù)c，或直接查手冊(cè)的方案簡表，得出結(jié)果。

如果選用序貫壽命抽檢方案，樣本容量的上限是已知的，按選定的

、

和規(guī)定的可接受可靠度R0，不可以接受可靠度

R1（

或

），即可得出接收或拒收判據(jù)。

(4)選定測試周期

在沒有自動(dòng)記錄失效設(shè)備的場合下，測試周期的選擇是個(gè)重要問題。因?yàn)橹芷谔軙?huì)增加工作量，太疏又會(huì)丟失掉一些有用的信息量，因此。必須合理選擇。一般的原則是使每個(gè)測試周期內(nèi)測到的失效樣品數(shù)比較接近，并且測試的次數(shù)要足夠。

當(dāng)產(chǎn)品的壽命為指數(shù)分布時(shí)，累積失效分布函數(shù)F(t)為：(10-10)式中:

平均壽命。

如需達(dá)到

的失效，則測試時(shí)間

可按下式估計(jì)：(10-11)

上式的

是被測試產(chǎn)品粗略估計(jì)的平均壽命，

一般按等間隔取值，如10%、20%...或5%、10%、15%...或更高一些。當(dāng)預(yù)計(jì)累積失效數(shù)較少就需停止的試驗(yàn)，

的間隔可取密些，以便正確地測到樣品的失效時(shí)間；對(duì)于累積失效數(shù)較多才停止的試驗(yàn)，

的間隔可適當(dāng)稀一些。實(shí)際安排測試時(shí)間時(shí)，對(duì)平均壽命

及其分布往往不太了解，這時(shí)可將

估計(jì)得略小一些，以便使開始的測試點(diǎn)前移，然后可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

(5)決定試驗(yàn)截止時(shí)間

試驗(yàn)截止時(shí)間與投試樣本數(shù)量及希望達(dá)到的失效數(shù)有關(guān)，當(dāng)試驗(yàn)中累積失效概率

達(dá)到某規(guī)定值就截止試驗(yàn)時(shí)，若產(chǎn)品的壽命為指數(shù)分布時(shí)，

代入式（10-11），則可求得試驗(yàn)截止時(shí)間即試驗(yàn)時(shí)間約為：(10-12)粗略估計(jì)一下產(chǎn)品在該試驗(yàn)條件下的平均壽命

后，就可按上式求出試驗(yàn)截止時(shí)間。

10.4電子設(shè)備產(chǎn)品壽命試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理

壽命試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)后，可以用概率紙法或數(shù)值法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出結(jié)論，具體步驟為：

(1)根據(jù)數(shù)據(jù)求出產(chǎn)品的累積失效概率F(t)或失效率

(t)；

(2)用不同的概率紙或其他方法判斷產(chǎn)品的壽命分布（能在某分布的概率紙上回歸成直線的，則屬于某分布），必要時(shí)可進(jìn)行符合度檢驗(yàn)；

(3)對(duì)該分布的特征值進(jìn)行點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)；

(4)必要時(shí)對(duì)有關(guān)參數(shù)作相關(guān)性與回歸分析。10.4.1指數(shù)分布?jí)勖囼?yàn)的數(shù)據(jù)處理

1．指數(shù)分布參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)

以受試樣品的壽命平均值作為全部產(chǎn)品壽命的估計(jì)值，這種方法所得結(jié)果稱為產(chǎn)品的平均壽命的點(diǎn)估計(jì)。

指數(shù)分布的分布函數(shù)為：當(dāng)壽命為指數(shù)分布時(shí)，參數(shù)

即為失效率。按極大似然法，

的點(diǎn)估計(jì)為：(10-13)

全數(shù)壽命試驗(yàn)，若樣本大小為n，則：(10-14)截尾壽命試驗(yàn)，則：(10-15)式中：r

觀察失效數(shù)；

所有樣品總試驗(yàn)時(shí)間。

對(duì)于不同類型的截尾壽命試驗(yàn)，

的計(jì)算如下：

(1)無替換定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)，若樣本大小為n，截尾時(shí)間為

，當(dāng)r個(gè)失效時(shí)間

滿足

時(shí)，則：(10-16)(10-17)(3)有替換定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)，若n個(gè)樣品同時(shí)試驗(yàn)，截尾時(shí)間為

，則：(10-18)(4)有替換定數(shù)截尾壽命試驗(yàn)，若n個(gè)樣品同時(shí)試驗(yàn)，截尾時(shí)間為

，則：(10-19)2．指數(shù)分布參數(shù)的區(qū)間估計(jì)

壽命區(qū)間估計(jì)是根據(jù)樣品試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品的真正平均壽命

，給出一個(gè)估計(jì)區(qū)間()，稱為置信區(qū)間。把置信區(qū)間不包含真值的概率記為

(顯著性水平)，則1—

就是置信區(qū)間()包含真值

的概率，即置信度。用公式表示為：(10-20)由第2章的原理，可以推導(dǎo)出以下的壽命區(qū)間估計(jì)。

(1)定數(shù)截尾壽命試驗(yàn)的區(qū)間估計(jì)（有或無替換，雙側(cè)）為：(10-21)(2)定時(shí)截尾壽命試驗(yàn)的區(qū)間估計(jì)（有或無替換，雙側(cè)）為：(10-22)(3)單側(cè)區(qū)間估計(jì)只要用

代替(10-21)式或(10-22)式中的

/2即可。

例10-3設(shè)某產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布，隨機(jī)抽取18個(gè)同時(shí)進(jìn)行壽命試驗(yàn)，并在失效10個(gè)即停止試驗(yàn)，測得其壽命分布為329,482,905,1261,2498,2705,3614,4103,5311h。試進(jìn)行平均壽命和失效率的點(diǎn)估計(jì)。若要求置信水平

=1-

=90%，試估計(jì)平均壽命和失效率的雙側(cè)置信限以及平均壽命的單側(cè)置信下限和失效率的單側(cè)置信上限。

解

這是無替換定數(shù)截尾試驗(yàn)情況，由題知：n=18，r=10，由式(10-17)得總試驗(yàn)時(shí)間：（1）平均壽命和失效率的點(diǎn)估計(jì)

由式(10-15)得平均壽命的點(diǎn)估計(jì)為：而失效率的點(diǎn)估計(jì)為：故得：而失效率雙側(cè)置信限：②

單側(cè)置信限

因要求置信水平

=0.90，故

=0.10，由附表2可查得：故得平均壽命單側(cè)置信下限為：而：10.4.2韋布爾分布?jí)勖囼?yàn)的數(shù)據(jù)處理

1截尾壽命試驗(yàn)的概率紙法數(shù)據(jù)分析

在很多情況下，不一定有全部試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，由于有因人為地節(jié)省費(fèi)用和時(shí)間的截尾試驗(yàn)，也有因幾臺(tái)試驗(yàn)設(shè)備出了故障而中斷觀測的試驗(yàn)，這樣就存在一部分沒有發(fā)生故障的試樣數(shù)據(jù)，所以稱它為不完全子樣。此時(shí)中位秩的計(jì)算式（見第2章）修正為：(10-23)

將失效時(shí)間和相應(yīng)的中位秩描到韋布爾概率紙上，在畫出一條回歸直線后，即可與完全子樣一樣進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的估計(jì)。

區(qū)間估計(jì)仍用第2章的方法，只是這時(shí)由于次序數(shù)不是整數(shù)，所以需要由

的95%和5%秩表中的整數(shù)用內(nèi)插法求得。

2．韋布爾分布截尾壽命試驗(yàn)極大似然法

(1)點(diǎn)估計(jì)

由

，得特征壽命

的點(diǎn)估計(jì)值為：(10-24)由

，得特征壽命m的點(diǎn)估計(jì)值為：(10-25)(10-26)

10.5加速壽命試驗(yàn)10.5.1加速壽命試驗(yàn)的原理與類型

加速壽命試驗(yàn)方法的基本原理是：在不改變產(chǎn)品的失效機(jī)理，不增加新的失效因素的前提下，提高試驗(yàn)應(yīng)力（諸如機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電應(yīng)力等），加速產(chǎn)品的失效過程，促使產(chǎn)品在短期內(nèi)失效，再根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用加速壽命曲線或加速壽命方程推算出正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。圖10-7恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)圖10-8步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)圖10-9序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

（2）步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

試驗(yàn)開始時(shí)將全部試樣在應(yīng)力水平

為正常工作條件下的應(yīng)力水平）下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)到

時(shí)刻把應(yīng)力水平提高到

，試驗(yàn)到

時(shí)刻再將應(yīng)力水平提高到

，并依次步進(jìn)加大應(yīng)力水平的方式，繼續(xù)試驗(yàn)?zāi)切┪词У脑嚰?，一直試?yàn)到一定數(shù)量的樣品發(fā)生失效為止，如圖10-8所示。這種試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是試件少，試驗(yàn)周期短，但外推的精度較差。

（3）序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

試驗(yàn)應(yīng)力隨時(shí)間按線性或其它規(guī)律連續(xù)增長的壽命試驗(yàn)，如圖10-9所示。這種方法的試件可更少，試驗(yàn)周期更短，但需專門的程序控制加載設(shè)備。

上述三種加速壽命試驗(yàn)方法，以恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)較為成熟，數(shù)據(jù)易處理，外推的精確度較高，雖然試驗(yàn)時(shí)間仍較長，但目前是最常用的加速壽命試驗(yàn)方法。10.5.2恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在組織恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)與安排的問題。

（1）加速應(yīng)力s的選擇

因?yàn)楫a(chǎn)品的失效是由其失效機(jī)理決定的，因此就要研究什么應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生什么樣的失效機(jī)理，什么樣的應(yīng)力加大時(shí)能加快產(chǎn)品的失效，根據(jù)這些研究來選擇加速應(yīng)力。通常在加速壽命試驗(yàn)中所指的應(yīng)力是機(jī)械應(yīng)力（如壓力、振動(dòng)、沖擊等）、熱應(yīng)力（溫度）、電應(yīng)力（如電壓、電流等）。在遇到多種失效機(jī)理的情況下，就應(yīng)當(dāng)選擇那種對(duì)產(chǎn)品失效機(jī)理起促進(jìn)作用最大的應(yīng)力作為加速應(yīng)力。

（3）試驗(yàn)樣品的選取與分組

整個(gè)恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)由h(h=4～5)個(gè)加速應(yīng)力水平下的壽命試驗(yàn)組成。設(shè)在

應(yīng)力水平下投入的試驗(yàn)樣數(shù)為

件，則整個(gè)恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)所投試樣的總數(shù)為：(10-27)

各組試樣數(shù)可以相等也可以不等，但一般均不少于5個(gè)。整個(gè)試樣應(yīng)在同一批合格產(chǎn)品中隨機(jī)抽取，不得有人為因素?fù)诫s，否則這n個(gè)樣品不能反映整批產(chǎn)品的質(zhì)量。

（4）測試周期的確定

在恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)中，為了記錄產(chǎn)品的失效時(shí)間，必須對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行測試。如有自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備，那就可以得到精確的失效時(shí)間，但這在技術(shù)上往往是有困難的，故通常采用測試周期。所謂測試周期就是預(yù)先確定若干個(gè)測試時(shí)間：

測試時(shí)間的確定與產(chǎn)品的壽命分布有關(guān)，其原則是使每個(gè)測試周期內(nèi)測到的失效樣品數(shù)比較接近，并且測試的次數(shù)要有足夠數(shù)量。當(dāng)產(chǎn)品的壽命為指數(shù)分布時(shí)，可按(10-11)式確定。

（5）試驗(yàn)停止時(shí)間的確定

為了確保試驗(yàn)時(shí)間和節(jié)約試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，往往在組成恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的每組壽命試驗(yàn)中，采用截尾壽命試驗(yàn)。設(shè)

分別是h個(gè)截尾壽命試驗(yàn)的截尾數(shù)，一般要求截尾數(shù)

在投試樣品數(shù)

中占50%以上，至少也要占30%以上。另外還要求每個(gè)壽命試樣中失效樣品不得少于5個(gè)，否則會(huì)使統(tǒng)計(jì)分析失去精度。10.5.3加速壽命曲線與加速壽命方程

產(chǎn)品的壽命隨著應(yīng)力的加大而縮短，壽命與應(yīng)力之間存在著一定關(guān)系。這種反映應(yīng)力與壽命關(guān)系的曲線，在加速壽命試驗(yàn)中稱為加速壽命曲線，其數(shù)學(xué)方程稱為加速壽命方程，用以推算正常應(yīng)力條件下的壽命特征。

以恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)為例，在不同應(yīng)力水平

下，得出與試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)（或試驗(yàn)時(shí)間）

相關(guān)的i組失效數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，可得出加速壽命曲線，如圖10-10所示。圖中

分別表示在不同應(yīng)力水平下的試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)N的分布曲線（即壽命分布曲線）。圖10-10加速壽命曲線對(duì)機(jī)械產(chǎn)品而言，就是s-N曲線，并得出加速壽命方程式為：(10-28)對(duì)電子元器件而言，則常以溫度或電壓為加速應(yīng)力。

當(dāng)以溫度為加速應(yīng)力作恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常用阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程作為壽命與溫度關(guān)系的模型，阿倫尼烏斯方程是表示化學(xué)反應(yīng)與溫度關(guān)系的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：(10-29)上述公式經(jīng)過運(yùn)算后，可寫成：(10-30)式中：由此可以得出，壽命ｔ的對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度的倒數(shù)之間滿足直線方程，因此通過施加幾組溫度應(yīng)力得到元件在這幾個(gè)溫度點(diǎn)上的壽命后，就可以確定a和b的值，從而可以利用上述方程外推出正常溫度下的元件壽命。

當(dāng)以電壓為加速應(yīng)力進(jìn)行恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常采用逆冪律作為壽命與電壓關(guān)系的模型，即：(10-31)式中：k、C

常數(shù)；V

施加的電壓。上式可化為：式中：b=-c

由此可以得知，壽命t的對(duì)數(shù)與所施加電壓的對(duì)數(shù)之間滿足直線方程。這樣，通過施加幾組不同電壓應(yīng)力得到元件的不同壽命后，就可以確定a、b值，從而可以利用上述方程外推出額定電壓下的元件壽命。(10-32)稱為加速應(yīng)力水平

對(duì)正常應(yīng)力水平

的壽命加速系數(shù)，簡稱加速系數(shù)。

從上述定義可見，加速系數(shù)是對(duì)兩個(gè)應(yīng)力水平而言的，當(dāng)正常應(yīng)力水平

固定時(shí)，改變加速應(yīng)力

則加速系數(shù)也要變化；加速應(yīng)力水平愈高，加速系數(shù)也愈大。可見加速系數(shù)是反映加速壽命試驗(yàn)中某一應(yīng)力水平加速效果的一個(gè)量。

例如，某產(chǎn)品在正常應(yīng)力條件下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，工作到1000h累積失效概率達(dá)到50%，而在加速應(yīng)力條件下試驗(yàn)工作到100h累積失效概率就達(dá)到50%，則加速系數(shù)為：又如某產(chǎn)品進(jìn)行疲勞壽命試驗(yàn)，已知應(yīng)力與壽命的關(guān)系為：若已知m=6.5，則當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度增大30%，即

時(shí)：即加速系數(shù)為5.5，它意味著試驗(yàn)載荷增加到正常載荷的1.3倍，其試驗(yàn)至失效的時(shí)間將減少4.5倍。10.5.5加速壽命試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理

(1)將所得數(shù)據(jù)，在某分布的概率紙上繪制幾條不同的加速應(yīng)力水平下的基本是互相平行的壽命分布直線。

(2)作參數(shù)估計(jì)。將繪出壽命分布直線的概率紙，按第2章的方法作參數(shù)估計(jì)，如果是韋布爾分布，則需估計(jì)形狀參數(shù)

和中位壽命

等。

(3)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制加速壽命直線，即按[

]或[

](為熱力學(xué)溫度）描點(diǎn)，回歸成一直線，再利用外推法將直線延長，估計(jì)正常應(yīng)力水平下

的

值。

(4)繪制正常應(yīng)力水平下的壽命分布曲線，如果是韋布爾分布，則以

的平均值

為形狀參數(shù)，即：并按[

]描點(diǎn)，畫出直線，此即為正常應(yīng)力水平下的壽命分布曲線。 (5)估計(jì)壽命數(shù)量特征和加速系數(shù)，按第二章的方法，估計(jì)平均壽命、可靠度等，并按(10-33)式計(jì)算加速系數(shù)。

10.6可靠性環(huán)境試驗(yàn)

10.6.1環(huán)境試驗(yàn)的目的及分類

環(huán)境試驗(yàn)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)境條件下的性能，并且分析研究環(huán)境因素影響程度及其作用機(jī)理的試驗(yàn)。電子設(shè)備產(chǎn)品在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中，經(jīng)常受到周圍環(huán)境有害因素的影響，這些環(huán)境條件有：氣候（如風(fēng)、雪等）、機(jī)械（如振動(dòng)、沖擊等）、生物（如霉菌等）、輻射、電磁、人為因素（如使用、組裝）等。因此通過環(huán)境試驗(yàn)可以在產(chǎn)品研制早期，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的使用參數(shù)對(duì)各種環(huán)境強(qiáng)度的敏感性，并探測可發(fā)生的故障形式；在研制后期，探索并驗(yàn)證設(shè)備或系統(tǒng)受環(huán)境強(qiáng)度影響下可靠性指標(biāo)的變化規(guī)律。

為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)中產(chǎn)品生產(chǎn)周期短、更新?lián)Q代快，以及產(chǎn)品使用領(lǐng)域十分寬廣等特點(diǎn)，需要在較短時(shí)間內(nèi)了解產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，人們?cè)诳蒲泻蜕a(chǎn)實(shí)踐中廣泛采用人工模擬環(huán)境試驗(yàn)。即在試驗(yàn)室里利用試驗(yàn)設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)單因素或多因素綜合作用于產(chǎn)品的局部環(huán)境條件，以考核在使用、運(yùn)輸、儲(chǔ)存中主要環(huán)境因素作用下，受試產(chǎn)品的適應(yīng)性能。人工模擬環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)條件既可以模擬實(shí)際環(huán)境中的主要因素，又可以適當(dāng)加大試驗(yàn)強(qiáng)度，在時(shí)間上起一定的加速作用，以縮短試驗(yàn)時(shí)間，較快地取得所需數(shù)據(jù)。與人工模擬環(huán)境試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的有自然環(huán)境暴露試驗(yàn)和現(xiàn)場運(yùn)行試驗(yàn)。這兩種試驗(yàn)方法真實(shí)性強(qiáng)，但所需費(fèi)用大、耗時(shí)長，多在基礎(chǔ)研究中用于積累數(shù)據(jù)，以及驗(yàn)證人工加速試驗(yàn)方法的正確性。10.6.2環(huán)境試驗(yàn)方法及檢測

在具體實(shí)施模擬環(huán)境試驗(yàn)的各個(gè)項(xiàng)目時(shí)，可以參考有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和美國軍用標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。對(duì)要求嚴(yán)格的軍用設(shè)備必須按照GJB150-2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》中相應(yīng)的規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)和檢測，本節(jié)著重介紹GJB150-2009的有關(guān)試驗(yàn)。

(1)振動(dòng)試驗(yàn)

振動(dòng)試驗(yàn)是用于評(píng)定產(chǎn)品在其預(yù)期的運(yùn)輸和使用環(huán)境中的抗振能力，一般應(yīng)根據(jù)振動(dòng)環(huán)境來選擇試驗(yàn)程序和條件。試驗(yàn)中，將產(chǎn)品固定在振動(dòng)臺(tái)上，模擬各種振動(dòng)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)。通常要經(jīng)過固定頻率（50Hz、10g～20g的振動(dòng)加速度）、變頻（2000Hz）兩種試驗(yàn)。

(2)沖擊試驗(yàn)

產(chǎn)品在使用、裝卸、運(yùn)輸、維修等過程中可以遇到各種沖擊作用，所以應(yīng)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)中，將產(chǎn)品固定在沖擊臺(tái)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通常沖擊頻率為20次/分～100次/分，沖擊加速度為100g10g，在兩、三個(gè)方向各沖擊1000次；對(duì)于高可靠度要求的器件，沖擊加速度可為1500g或3000g，每個(gè)方向沖擊3次～5次。 (3)離心加速度試驗(yàn)

將產(chǎn)品固定在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，一般恒離心加速度為20000g，持續(xù)時(shí)間2分鐘。這些試驗(yàn)不但可以模擬實(shí)際使用環(huán)境，而且可以檢驗(yàn)并篩選電子設(shè)備的各元器件的粘結(jié)性、引線的牢固性等。 (4)低溫試驗(yàn)

我國極端的最低氣溫為-55℃，因而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定低溫等級(jí)為：-10℃、-25℃、-40℃、-55℃、-65℃，允許誤差3℃，試驗(yàn)時(shí)間等級(jí)為（小時(shí)）：0.5,1,2,4,5,8,16,24,48,72。將樣品放入低溫箱進(jìn)行試驗(yàn)，有常溫沖擊和不帶溫度沖擊兩種，帶溫度沖擊的為產(chǎn)品直接放入規(guī)定的低溫，不帶溫度沖擊的為產(chǎn)品放入后才開始降溫。 (5)高溫試驗(yàn)

對(duì)于可以遇到高溫環(huán)境的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行高溫試驗(yàn)，以確定設(shè)備在高溫條件下儲(chǔ)存和工作的適應(yīng)性。

我國極端最高氣溫為47.6℃，最高地溫為75℃，因而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高溫等級(jí)為（℃）：40，55，70，85，100，（允許誤差為2℃）；125，155，200，250，（允許誤差為3℃）。試驗(yàn)時(shí)間等級(jí)與低溫相同，具體試驗(yàn)規(guī)范按各產(chǎn)品要求進(jìn)行。

(6)溫度交變?cè)囼?yàn)

有溫度循環(huán)、溫度沖擊、熱沖擊三次試驗(yàn)，它們無本質(zhì)上差別，只有嚴(yán)酷程度上的差異。在實(shí)際使用中都能遇到，如嚴(yán)冬季節(jié)電子設(shè)備從室內(nèi)拿到室外；飛機(jī)升空等情況，都將發(fā)生上述三種溫度變化。

溫度循環(huán)試驗(yàn)：按高溫和低溫的標(biāo)準(zhǔn)，高低溫各保持30分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間為15分鐘，循環(huán)次數(shù)3～5次。

溫度沖擊試驗(yàn)：與上述試驗(yàn)相同，只是轉(zhuǎn)換時(shí)間縮短為3分鐘內(nèi)。

熱沖擊試驗(yàn)：通常在0℃的冷水和100℃的沸水兩種液體中進(jìn)行，浸泡時(shí)間為5～10分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于30秒鐘，一般進(jìn)行3～5次。

(7)濕熱試驗(yàn)

高溫和高濕度的同時(shí)作用，會(huì)加速金屬配件的腐蝕和絕緣材料的老化。

在我國熱帶、亞熱帶地區(qū)，每年都有較長時(shí)間的濕熱天氣，又如在坑道、地道中，溫度為24℃～28℃，相對(duì)濕度高達(dá)97～98%，潛水艇中的電子設(shè)備，常年都在溫度為20℃～30℃，相對(duì)濕度為80～100%的條件下工作。

我國規(guī)定了恒定濕熱和交變濕熱兩種試驗(yàn)。

恒定濕熱試驗(yàn)：溫度為40℃2℃，相對(duì)濕度為933%，試驗(yàn)時(shí)間等級(jí)為（小時(shí)）：48，96，144，240，1344。

(8)鹽霧試驗(yàn)

對(duì)于暴露在鹽霧大氣條件下的產(chǎn)品應(yīng)進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。以確定設(shè)備抗鹽霧大氣影響的能力，特別是對(duì)確定工作在大氣中的表面涂覆層和表面處理層的耐用性具有重要意義一般試驗(yàn)溫度為35℃

2℃；濕度為953%；噴鹽霧方式為：每小時(shí)噴15分鐘，每天有16個(gè)小時(shí)各噴霧一次；另外8小時(shí)不噴霧；試驗(yàn)時(shí)間總共72小時(shí)。

(9)氣壓試驗(yàn)和超高真空試驗(yàn)

氣壓試驗(yàn)分為高氣壓試驗(yàn)和低氣壓試驗(yàn)。如在使用時(shí)，地纜增音機(jī)要充兩個(gè)大氣壓的惰性氣體，航空電子設(shè)備的元器件，是在低氣壓條件下工作的；人造衛(wèi)星用的電子元器件就遇到超真空的環(huán)境。

低氣壓和超真空環(huán)境，對(duì)于電子機(jī)械的半導(dǎo)體器件及其他零件的性能和可靠性有很大影響，當(dāng)氣壓降低時(shí)，空氣對(duì)流和熱傳導(dǎo)減弱，器件散熱困難，溫度就上升，導(dǎo)致電參數(shù)不穩(wěn)定，壽命縮短，甚至燒毀失效；有些器件電極間容易引起擊穿；某些金屬和高分子會(huì)發(fā)生蒸發(fā)、升華和分解現(xiàn)象，影響器件的可靠性。

低氣壓試驗(yàn)樣品置于玻璃罩內(nèi)，氣壓降到133Pa。

超高真空試驗(yàn)必須建立一套能模擬宇宙空間條件的綜合試驗(yàn)設(shè)備，氣壓可低到

。 (10)輻射試驗(yàn)

當(dāng)電子設(shè)備在“核輻射應(yīng)力”條件下工作時(shí)，有可能出現(xiàn)異常情況。這種試驗(yàn)?zāi)康脑谟诳己嘶蜓芯侩娮訖C(jī)械的各種元器件對(duì)輻射的適應(yīng)能力。一般可分為核輻射試驗(yàn)和電磁輻射試驗(yàn)。 (11)電磁兼容性試驗(yàn)

根據(jù)具體電子設(shè)備的技術(shù)規(guī)定，按照GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測量》中規(guī)定的方法進(jìn)行，試驗(yàn)共分為：傳導(dǎo)發(fā)射測量、傳導(dǎo)敏感度測量、輻射發(fā)射的測量、輻射敏感度測量四大類。10.6.3環(huán)境試驗(yàn)的順序、操作程序和結(jié)果處理

試驗(yàn)樣機(jī)在受試期間所發(fā)生的變化，不僅取決于所適應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目及其嚴(yán)酷等級(jí)，而且也與試驗(yàn)順序有關(guān)，所以要注意合理安排試驗(yàn)順序。確定試驗(yàn)順序一般有以下幾種方法：

(1)從最嚴(yán)酷的試驗(yàn)項(xiàng)目開始安排試驗(yàn)順序，以便從試驗(yàn)順序的早期階段得到試驗(yàn)樣機(jī)的失效趨勢(shì)（一般用于研制性試驗(yàn)，作為對(duì)樣機(jī)性能研究的一部分）。

(2)從最不嚴(yán)酷的試驗(yàn)項(xiàng)目開始安排試驗(yàn)順序，以便在試驗(yàn)樣機(jī)損壞前盡可能得到更多的信息（一般用于研制性試驗(yàn)，作為對(duì)樣機(jī)性能研究的一部分，特別是當(dāng)試驗(yàn)樣機(jī)數(shù)目少時(shí)）。

(3)從前一個(gè)試驗(yàn)所產(chǎn)生的結(jié)果由后一個(gè)試驗(yàn)來暴露或加強(qiáng)的觀點(diǎn)出發(fā)，安排對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)有最顯著影響的試驗(yàn)順序（一般用于設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化鑒定試驗(yàn)）。

(4)從產(chǎn)品實(shí)際可能遇到的并起主要影響的環(huán)境因素出現(xiàn)的次序來考慮安排試驗(yàn)順序（一般用于使用條件已知的設(shè)備或成套系統(tǒng)的鑒定試驗(yàn)）。

進(jìn)行一次完整的環(huán)境試驗(yàn)，通常包括下列操作程序:①選擇試樣（隨機(jī)抽取）；②預(yù)處理；③初檢查；④在試驗(yàn)條件下進(jìn)行中間測量；⑤樣品離開試驗(yàn)條件后，在正常條件下進(jìn)行測量。

10.7可靠性篩選試驗(yàn)

篩選(screeening)是一種通過檢驗(yàn)剔除不合格或有可能早期失效產(chǎn)品的方法。檢驗(yàn)包括在規(guī)定環(huán)境條件下的目視檢查、實(shí)體尺寸測量和功能測量等。某些功能測量是在強(qiáng)應(yīng)力下進(jìn)行的。應(yīng)力篩選(stressscreening)是一種特定的篩選，它是將機(jī)械應(yīng)力、電應(yīng)力和（或）熱應(yīng)力施加到產(chǎn)品上，以便元器件和工藝方面的潛在缺陷以早期故障的形式析出的過程。環(huán)境應(yīng)力篩選ESS(enviromentstressscreeningtest)是一種應(yīng)力篩選，是為發(fā)現(xiàn)和排除不良零件、元器件、工藝缺陷和防止早期失效的出現(xiàn)在環(huán)境應(yīng)力下所進(jìn)行的一系列試驗(yàn)。典型應(yīng)力為隨機(jī)振動(dòng)、溫度循環(huán)及電應(yīng)力。

環(huán)境應(yīng)力篩選效果主要取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平和檢測儀表的能力，施加應(yīng)力的大小決定了能否將潛在缺陷變?yōu)楣收希瑱z測能力的大小決定了能否將已被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來并準(zhǔn)確加以排除。因此，環(huán)境應(yīng)力篩選可看作是質(zhì)量控制檢查和測試過程的延伸，是一個(gè)問題析出、識(shí)別、分析和糾正的閉環(huán)系統(tǒng)。10.7.1篩選方法

(1)常規(guī)篩選

以能篩選出早期故障為目標(biāo)。如果篩選條件不當(dāng)，篩選后的產(chǎn)品不一定達(dá)到故障率基本恒定階段，如圖10-11所示。常規(guī)篩選的結(jié)果，產(chǎn)品的故障率可能達(dá)到理想的F點(diǎn)，也可能只達(dá)到還屬于早期故障期的其它點(diǎn)，如圖10-11上的A、B、C、D、E等諸點(diǎn)。圖10-11篩選剔除壽命期浴盆曲線中早期故障部分示意圖 (2)定量篩選

定量篩選是指要求篩選效果、成本與產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)、現(xiàn)場故障維修費(fèi)用之間建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選有三大目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)是使篩選后產(chǎn)品殘留的缺陷密度與產(chǎn)品的可靠性要求值達(dá)到相一致的水平，即真正達(dá)到圖10-11中的F點(diǎn)；第二個(gè)目標(biāo)是要保證篩選后所交付產(chǎn)品的無可篩缺陷概率達(dá)到規(guī)定的水平（滿足成品率要求）；第三個(gè)目標(biāo)是篩選中排除每個(gè)故障的費(fèi)用低于現(xiàn)場排除每個(gè)故障的平均費(fèi)用，即低于成本闞值。10.7.2篩選用典型環(huán)境應(yīng)力及篩選度

環(huán)境應(yīng)力篩選使用的應(yīng)力主要用于激發(fā)故障，而不是模擬使用環(huán)境。根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不是所有應(yīng)力在激發(fā)產(chǎn)品內(nèi)部缺陷方面都特別有效。因此，通常僅用幾種典型應(yīng)力篩選，常用的應(yīng)力及強(qiáng)度和費(fèi)用效果如表10-3所示，從表10-3可以看出，應(yīng)力強(qiáng)度最高的是隨機(jī)振動(dòng)、快速溫變率的溫度循環(huán)及其兩者的組合或綜合，但它們的費(fèi)用較高。出的概率叫篩選度(screeningstrength)，它是篩選效果的一種量化表達(dá)法，對(duì)于不同的篩選應(yīng)力，篩選度的計(jì)算公式如下：

(1)恒定高溫：(10-33)式中：SS

篩選度；

R

高溫溫度與室溫之差（室溫一般取25℃）；

t

恒定高溫持續(xù)時(shí)間,h。(2)溫度循環(huán)：(10-34)(3)掃頻正弦沖擊：(10-35)(4)隨機(jī)振動(dòng)：(10-36)10.7.3篩選試驗(yàn)方案的擬定

情況千變?nèi)f化，很難制定一個(gè)統(tǒng)一的篩選方案，需要根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，擬定出適宜的篩選試驗(yàn)方案，歸結(jié)起來，大致考慮下列幾個(gè)方面：

(1)確定篩選試驗(yàn)的項(xiàng)目

篩選試驗(yàn)的項(xiàng)目很多，對(duì)于不同的元器件和不同的使用情況，采取不同的項(xiàng)目。一般有：檢查性篩選，如顯微鏡檢查、X光、紅外、掃描檢查等；密封性篩選，如粗檢漏、細(xì)檢漏等；壽命篩選，如高溫存貯、功率老化等；環(huán)境應(yīng)力篩選，如恒定加速、機(jī)械振動(dòng)和沖擊、熱沖擊等。為使篩選效果良好，試驗(yàn)項(xiàng)目需要有明確的針對(duì)性，把那些在激發(fā)并剔除被篩選對(duì)象的早期缺陷最有效的項(xiàng)目選到試驗(yàn)方案中去，而摒棄那些與早期缺陷無關(guān)的項(xiàng)目。不同元器件的失效機(jī)理和模式不一樣，因而項(xiàng)目也各異。例如，電容器的主要失效模式為：在過電壓應(yīng)力和環(huán)境應(yīng)力（主要是高溫）作用下，容量偏差允許的范圍；耗損角正切超出允許值；漏電流過大或介質(zhì)被擊穿。因此，篩選方法有：在高溫下對(duì)電容器施加電壓進(jìn)行功率老練，并根據(jù)容量偏差、漏電流及耗損角正切進(jìn)行篩選。近幾年來，國內(nèi)的生產(chǎn)實(shí)踐說明：采用高溫貯存、溫度循環(huán)、檢漏（密封產(chǎn)品）、高溫電老化、參數(shù)復(fù)測等篩選試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)大部分電子元器件都有較好效果。

(2)確定篩選試驗(yàn)的應(yīng)力

施加適宜的篩選試驗(yàn)應(yīng)力，能使早期失效產(chǎn)品盡量多被剔除，而又不損壞好的產(chǎn)品。應(yīng)力過小，早期失效產(chǎn)品易“漏網(wǎng)”；應(yīng)力過大，好的產(chǎn)品損壞率增大。因而需要通過可靠性摸底試驗(yàn)，來確定最佳應(yīng)力。例如：半導(dǎo)體集成電路（某電子設(shè)備產(chǎn)品上的）的篩選試驗(yàn)應(yīng)力為：

①初始測試

按出廠條件，結(jié)合實(shí)際實(shí)用要求，室溫測試。

②高溫貯存

（150℃～175℃）5℃，恒溫96h。

③低溫貯存

（-55℃5℃），恒溫96h。

④溫度循環(huán)

(-555℃)(1255℃),5次；先低溫后高溫，恒溫30min，轉(zhuǎn)換1min。

⑤跌落（離心加速度）

試品在80cm高度跌落在玻璃板上，跌落5～15次。離心加速度為20000g，x、y、z三個(gè)方向，各為1min。

⑥高低溫測試

高溫為85℃5℃；低溫為-55℃3℃.

⑦高溫功率老練

溫度為125℃3℃；電壓為額定，負(fù)載為額定；時(shí)間為96h。

⑧檢

漏

充氮加壓高沸點(diǎn)氟油檢漏，低沸點(diǎn)氟油清洗。

⑨外觀檢查

用5倍放大鏡檢查電路外觀質(zhì)量，剔除管殼、管腳繡蝕、有機(jī)械傷痕及標(biāo)記不明的器件。

⑩終結(jié)測試

在室溫下存放21天，同初始測試條件相同，進(jìn)行測試，并記錄。

(3)選定篩選時(shí)間

在篩選項(xiàng)目和應(yīng)力確定以后，通過摸底試驗(yàn)來確定篩選時(shí)間，最佳時(shí)間是使得早期失效產(chǎn)品基本上篩選掉，而好產(chǎn)品被剔除掉的概率極小。在一定的應(yīng)力作用下，一批篩選前的產(chǎn)品由兩個(gè)組成部分，一部分是具有早期失效特征的產(chǎn)品，其失效概率密度函數(shù)為f1(t),另一部分是好的產(chǎn)品，其失效概率密度函數(shù)為

，如圖10-12所示。如果選擇篩選時(shí)間為

，則其未篩選掉的概率p1為：(10-37)而好的產(chǎn)品被剔除的概率p2為：(10-38)圖10-12可靠性篩選試驗(yàn) 10.8可靠性增長試驗(yàn)10.8.1可靠性增長過程及其模型

實(shí)現(xiàn)可靠性增長，一般有三個(gè)基本要素：①檢測故障源（依靠分析和試驗(yàn)）；