电子元器件的可靠性指标

山寨货和行货最大的区别在哪里呢?可以这样说,在很多人心中,山寨货是粗制滥造的代名词,山寨货容易坏,用不住。而这里的容易坏,用不住其实就是衡量一个商品长期使用质量的一个指标,也就是可靠性指标。常用的可靠性指标有:失效率、平均无故障时间、平均失效前时间。
失效率是产品在一定条件下,一定时间内出故障的概率。对于绝大多数产品而言,它们的失效率符合著名的浴盆曲线。
如上图所示,在产品刚刚开始使用时,故障率比较高,在产品使用初期较高的失效率是由于生产工艺控制、材料缺陷等因素造成的,在早期,这些因素在使用中迅速暴露。随着时间的流逝,故障率逐渐下降,并基本稳定。当产品的使用寿命将将尽时,由于材料老化等原因,导致失效率又极具增加。这个曲线因为形似浴盆,所以被称为浴盆曲线。
在商业竞争社会中,各个主要的电子元器件生产厂家为了提高用户满意度,是不会让用户承担早期失效的风险的。厂家会利用各种手段在器件出厂前进行必要的老化测试,从中剔除早期失效的。所以一般大家用的器件都会是失效率比较低的。
失效率的单位一般为FIT1FIT=1/1亿小时=1ppm/1000h
平均无故障时间MTBFMean time BetweenFailure)和平均故障前时间MTTFMean Time ToFailure)都是失效率的倒数。实际上MTBF是针对可修理的设备和机器才使用的可靠性指标,对于可修理的设备和机器可以通过更换受损器件的方法进行修复。这时两次相邻故障之间的工作时间被称为MTBF。而对于电子元器件而言,一旦发生损坏,往往是无法修复的。对于这种不可修复的器件的多个器件发生故障前的平均时间被称为MTTF。但是MTBFMTTF在实际使用中,很多人常常混用。比如国内某些电源模块的规格书上就用MTBF来描述可靠性。这是典型的误用概念。因为电源模块在客户端损坏了是不可能进行维修后再用的。这时应该用的是MTTF
一般而言要取得MTBFMTTF有两种方法进行。一种是老老实实的做实验。比如可以参照IEC 605-7-1978(等同国标:GB-T_5080.7-1986_设备可靠性试验_恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案)进行。有时元器件生产厂家觉得这样做费得时间比较长,则他们还可通过寿命加速试验进行预计。目前绝大多数电子元器件厂家是采用的这种方法。但是这种方法要求对电子元器件的失效机理十分清楚,对各种应力对器件失效的影响非常明白。而后通过统计学方法进行预测。但遗憾的是,我们还远没有对器件掌握到这么深的程度。因此这个数据也是有一定偏差的。本文原网址:http://www.cntronics.com/club/space.php?uid=107184&do=blog&id=18065
另一种方法,就是根据美军标MIL-HDBK-217F(对应国军标GJB299C-2006电子设备可靠性预计手册)进行失效率预计。这种方法一般多用在由多个器件组装成的模块类器件中,典型的就是电源模块。下图为某品牌电源模块根据217F进行的MTTF计算实例:
使用美军标进行失效率计算也是存在问题的。首先各个电子元器件厂商的工艺水平不同,怎么可能用同一个数据来表征呢。而且把军用器件的失效率来推测民品那肯定是不准的。
另外,MTBFMTTF是可靠性指标中被误用最多的指标了。因为MTBF的单位是小时。所以很多人就把它当成了寿命时间来使用。并根据这个计算整机寿命和保修期。这样做就错了。
比如30000小时的MTBF,很多人就认为这个器件可以用3年以上了。这样把保修期订成3年就觉得很有把握。那么好,我们来算算3年时使用这个器件有多少损坏了。失效率是MTBF的倒数。假设使用这个器件的有100个产品,那么3年后有多少失效呢:3x365x24小时x100/30000小时=87.6台。也就是说3年后有87.6%的产品会因为这个器件而造成故障。所以要明白MTBF的真正含义。
尽管目前可靠性指标还存在这样那样的问题,但是它却是我们在进行寿命估计,及比较产品可靠性时可以参考的一个指标。还是有一定意义的。
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