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【可靠性知识】MTBF 到底如何测?

 新用户72666D1n 2021-08-04

古人云:万事俱备,只欠东风;养兵千日,用兵一时;十年磨一剑,霜刃未曾试。总结一句话就是:实战中,我们可以通过一些工程化的测试方法,使测试MTBF参考值和实际应用中MTBF值误差最小。

 MTBF有三种测试方法,分别是:预测法、实验法、实测法,三种方法都可以完成MTBF的测试需求,萝卜白菜各有所爱,文章结束,大家应该能找到属于自己的答案。

MTBF预测法:

1、标准局限性:目前最通用的权威性标准是MIL-HDBK-217、GJB/Z299B和Bellcore,分别用于军工产品和民用产品。其中,MIL-HDBK-217是由美国国防部可靠性中心及Rome实验室提出并成为行业标准,专门用于军工产品MTBF值计算,GJB/Z299B是我国军用标准;而Bellcore是由AT&TBell实验室提出并成为商用电子产品MTBF值计算的行业标准。MIL-HDBK-217据说95年发布一版后就不再维护更新了,所以标准本身也有局限性

2、预测法局限性:预测法主要采用应力分析法和元件计数法分析产品的MTBF。主要考虑的是产品中每个器件的失效率;影响因素包括:πE 环境因素Environment factor) 、πQ 品质因素:(Quality factor)、πA 应用因素:(Application factor)、πC 复杂性因素:(Quality factor)、πL 累计因素:(Learning factor)、πS 电应力因素:(Electrical Stress factor)、πT 温度因素:(Temperature factor)等。受各种因素影响,以及计算参数的选择上受计算人员对系数的掌握和了解程度影响很大,因此和实际值相比会有很大的差异。不推荐。

 

MTBF实测法:

顾名思义,就是直接测试,最终统计结果,比如MTBF比较小的产品可以按照这种方法直接验证,假如产品手册宣称150万小时,这种方法的确不太可行。

 

MTBF 实验法:

这种方法是我个人比较推荐的一种方法,经过合理的测试方法,参考准确的测试数据评估出来的MTBF也是比较准确的,实验法大致也分:定时截尾试验:指实验到规定的时间终止。定数截尾试验:指实验到出现规定的故障数或失效数时而终止。因为温度是我们产品唯一的加速因素,所以这里我引入了加速因子(AF:Accelerate Factor),加速因子AF即为产品在正常使用条件下的寿命和高测试应力条件下的寿命的比值。一般采用Arrhenius Model(阿氏模型),AF=e{ Ea/Kb*[1/Tn-1/Ta]} (画圈圈,在我们Reliability Testing中会经常用到这个AF)。

 

Ea:活化能,单位eV,活化能高,表示对温度变化影响比较显著。当试验的温度与使用温度差距范围不大时,Ea可设为常数。一般电子产品在早期失效期的Ea为0.2~0.6eV,随机失效期的Ea趋近于1.0eV;损耗失效期的Ea大于1.0eV。后面例子我用到Ea值=1.1

Kb:Boltzmann Constant波茲曼常数,(0.00008623eV/°k)

Tn:正常操作条件绝对温度(°k)

Ta:加速寿命试验条件绝对温度(°k)

E:2.718

 

Confidence Level:信心度 ,一般为60%,α=0.4;90%,α=0.1

UCL :Unit Confidence Level,信心系数。UCL=X^2(α,2r+2),使用卡方公式作为对MTBF准确性的要求,因此冒险率越小,X^2就越大,计算的MTBF越小,可信度越高。同时失效数r越大,不良率就高了,X^2自然也变大,在同样的时间下MTBF就会变小。该值可以直接参考JESD47,附表为Confidence Level =60%时的UCL

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