《可靠性设计与试验》.ppt
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1、第十二章第十二章 可靠性设计与试验可靠性设计与试验 12.1 概论概论12.2 元器件的筛选元器件的筛选12.3.电子产品的可靠性预计电子产品的可靠性预计12.4 降额设计降额设计12.5 漂移失效(漂移失效(marginal failure)的设计)的设计12.6 机械可靠性概率设计机械可靠性概率设计:干涉理论干涉理论12.7可靠性试验可靠性试验1可整理ppt12.1 12.1 概论概论在高费用及通货膨胀时代,获得有效的备在高费用及通货膨胀时代,获得有效的备用系统的关键是:用系统的关键是:在最低费用的基础上得在最低费用的基础上得到性能,可靠性及系统其它参数之间的折到性能,可靠性及系统其它参数
2、之间的折衷平衡。衷平衡。它们之间有一定的矛盾,这就要它们之间有一定的矛盾,这就要求设计人员能够掌握更新的设计方法,以求设计人员能够掌握更新的设计方法,以较快的周期更新产品,设计人员必须使用较快的周期更新产品,设计人员必须使用户在产品的性能,可靠性,维修性及费用户在产品的性能,可靠性,维修性及费用几个方面达到可接受的平衡关系。在确定几个方面达到可接受的平衡关系。在确定了可靠性,维修性,费用,性能的设计指了可靠性,维修性,费用,性能的设计指标以后求解它们的最优方案。标以后求解它们的最优方案。2可整理ppt可靠性设计内容可靠性设计内容最大限度地提高固有可靠性,其中包括:原件的选择与管理,降额最大限度
3、地提高固有可靠性,其中包括:原件的选择与管理,降额设计,参数设计与漂移设计,环境防护,贮备设计,设计的简化与分设计,参数设计与漂移设计,环境防护,贮备设计,设计的简化与分析,这些措施都有利于提高系统的固有可靠性。析,这些措施都有利于提高系统的固有可靠性。设计中考虑降低生产与使用过程中可靠性的退化问题,进行退化分设计中考虑降低生产与使用过程中可靠性的退化问题,进行退化分析,维修设计措施,包括早期故障的判断,故障分析等。析,维修设计措施,包括早期故障的判断,故障分析等。制定元件的筛选或老练方案,可靠性试验。元件选择及管理有以下制定元件的筛选或老练方案,可靠性试验。元件选择及管理有以下几个内容:几个
4、内容:确定完成所需功能元件类型及预期的工作环境。确定完成所需功能元件类型及预期的工作环境。确定元件的临界值,(额定值)确定元件的临界值,(额定值),如果超过这个值有可能失效而如果超过这个值有可能失效而 出现危险情况等,出现危险情况等,确定元件的质量等级。确定元件的质量等级。可靠性分配与优化设计,重要度分析也是设计中的重要任务。可靠性分配与优化设计,重要度分析也是设计中的重要任务。费用设计,费用的估计和分配技术。费用设计,费用的估计和分配技术。可靠性分配与优化可靠性分配与优化可靠性审查与评估可靠性审查与评估储备设计方法储备设计方法3可整理ppt12.2 12.2 元器件的筛选元器件的筛选可靠性筛
5、选的目的是尽快地缩短早期失效可靠性筛选的目的是尽快地缩短早期失效期并把失效率降低到可接受水平上。利用期并把失效率降低到可接受水平上。利用加速或增加应力条件温度可以加快筛选速加速或增加应力条件温度可以加快筛选速度,表明同一种产品在不同条件下失效率度,表明同一种产品在不同条件下失效率不是相同的,因此在进行可靠性试验时就不是相同的,因此在进行可靠性试验时就可以提高应力条件,使早期失效在较短的可以提高应力条件,使早期失效在较短的时间内剔除。时间内剔除。4可整理ppt可靠性筛选的特点可靠性筛选的特点可靠性筛选只能剔除一批元件中早期失效元件,可靠性筛选只能剔除一批元件中早期失效元件,而不能提高产品的可靠性
6、的固有数值。例如工艺而不能提高产品的可靠性的固有数值。例如工艺上的缺陷,设计上的问题无法从筛选中排除,还上的缺陷,设计上的问题无法从筛选中排除,还氧树脂龟裂就是一例。氧树脂龟裂就是一例。经过筛选后的元件要求不产生失效机理和失效经过筛选后的元件要求不产生失效机理和失效分布的变化,它是一种非破坏性试验。分布的变化,它是一种非破坏性试验。可靠性筛选是对可靠性筛选是对100100元件进行试验,不是抽样元件进行试验,不是抽样试验。试验。5可整理ppt筛选分类筛选分类检查筛选检查筛选:显微镜检查:显微镜检查,红外线非破坏检查红外线非破坏检查,X,X射射线非破坏检查线非破坏检查密封性筛选密封性筛选:很多元器
7、件是在密封条件才能正:很多元器件是在密封条件才能正常,检查漏气是十分重要的一项提高可靠性的措常,检查漏气是十分重要的一项提高可靠性的措施,如氦检或效射性检漏。施,如氦检或效射性检漏。环境应力筛选环境应力筛选:振动加速度筛选:振动加速度筛选,冲击加速度筛冲击加速度筛选选,离心加速度筛选离心加速度筛选 20000g100000g 20000g100000g加速度加速度,温度温度冲击筛选冲击筛选 (4040 C85C85 C C冲击锗器件)(冲击锗器件)(5555 C125C125 C C冲击硅器件)冲击硅器件)寿命储存筛选寿命储存筛选:(i i)高温储存筛选)高温储存筛选,(iiii)功率)功率老
8、化筛选老化筛选6可整理ppt应应 力力 筛筛 选选 7可整理ppt例如某厂半导体例如某厂半导体3DG32加加300毫瓦功率进行摸底试毫瓦功率进行摸底试验,得到试验时间与失效率的数据如表验,得到试验时间与失效率的数据如表8可整理ppt筛选中的筛选中的PDAPDA值控制技术值控制技术 PDAPDA是是Percent Defective AllowablePercent Defective Allowable的缩写。意的缩写。意为为“批允许不合格率批允许不合格率”。PDAPDA不是试验方法,而是不是试验方法,而是一种试验控制技术。一种试验控制技术。PDAPDA技术的引入使筛选的作用技术的引入使筛选的
9、作用有一个质的飞跃。在引入前,筛选只是有一个质的飞跃。在引入前,筛选只是100%100%的的“过筛过筛”,不合格的全,不合格的全“筛筛”下去,合格的当然都下去,合格的当然都将会使用,但这些合格器件的失效率仍是个未知将会使用,但这些合格器件的失效率仍是个未知数。数。PDAPDA技术能部分解决这个问题。应用它能分辨技术能部分解决这个问题。应用它能分辨出某批电路将来使用时失效率将较低,而某批电出某批电路将来使用时失效率将较低,而某批电路路“过筛过筛”后的后的“合格合格”品失效率仍高,仍然必品失效率仍高,仍然必须整批报废。须整批报废。9可整理pptPDAPDA技术可简述技术可简述 事先确定事先确定PD
10、A的控制值,如质量的控制值,如质量S级的产级的产品,品,PDA的控制值选的控制值选3%,质量,质量B级选级选5%等。等。经规定的试验筛选后,有失效数为经规定的试验筛选后,有失效数为r,投,投入试验的产品数入试验的产品数N,则,则定义批缺陷率定义批缺陷率P=r/N将将P与与PDA值比较值比较,如,如P值大,则该批拒值大,则该批拒收。如收。如P值不大,则通过该试验。值不大,则通过该试验。PP值直接反映试验前该批产品的可靠性水值直接反映试验前该批产品的可靠性水平,即当平,即当P值增加,产品可靠性急剧下降。值增加,产品可靠性急剧下降。10可整理ppt例例12-112-1:设,:设,小时,从小时,从10
11、0100个元件中,其中次品有个元件中,其中次品有1010个,求达到系统个,求达到系统 小时和小时和0.00120.0012小时的筛选时间。小时的筛选时间。11可整理ppt12.3.12.3.电子产品的可靠性预计电子产品的可靠性预计产品的可靠性预计是在产品定型过程中,产品的可靠性预计是在产品定型过程中,从元器件的可靠性参数,经过试验结果与从元器件的可靠性参数,经过试验结果与理论的分析计算,对产品可能达到的理论的分析计算,对产品可能达到的可靠可靠性水平进行一种预测过程性水平进行一种预测过程。产品可靠性预计的目的是为了产品可靠性预计的目的是为了落实产品定落实产品定量化的可靠性指标量化的可靠性指标,为
12、使产品达到规定的,为使产品达到规定的可靠性要求,并为今后改进产品的可靠性可靠性要求,并为今后改进产品的可靠性提供理论的基础。提供理论的基础。12可整理ppt可靠性预计的目的可靠性预计的目的 1 1、定量地给出产品的可靠性预计指标;、定量地给出产品的可靠性预计指标;2 2、通过预计了解产品的各元器件之间的可、通过预计了解产品的各元器件之间的可 靠性关系,并为改进和提高产品的可靠靠性关系,并为改进和提高产品的可靠 性提供依据;性提供依据;3 3、找出产品中的薄弱环节,为改进产品可、找出产品中的薄弱环节,为改进产品可 靠性提供措施;靠性提供措施;4 4、通过可靠性预计与分配,节约开发费、通过可靠性预
13、计与分配,节约开发费 用;用;13可整理ppt可靠性预计的可靠性预计的计数法计数法14可整理ppt表表12-1 12-1 半导体分立器件通用质量系数半导体分立器件通用质量系数15可整理ppt可靠性预计的可靠性预计的应力法应力法16可整理ppt基本失效率的数学模型基本失效率的数学模型17可整理ppt例例12.2:金属膜电阻,额定功率:金属膜电阻,额定功率0.25W,20k,质量,质量等级等级 ,环境温度,环境温度50C,耗散功率,耗散功率0.1W,18可整理ppt例例12.312.3:固体钽电解电容器,质量等级:固体钽电解电容器,质量等级 ,额定工作电压,额定工作电压40v(40v(直流直流),
14、额定电容量,额定电容量15 15 ,工作电压,工作电压16v(16v(直流直流),环境,环境温度温度70C70C,电容与电源之间回路电阻,电容与电源之间回路电阻808019可整理ppt应用实例应用实例20可整理ppt正电源电路元器件清单正电源电路元器件清单 21可整理ppt22可整理ppt12.4 12.4 降额设计降额设计通过设计有目的地降低元器件工作时实际通过设计有目的地降低元器件工作时实际承受的应力,以降低元器件的工作失效率。承受的应力,以降低元器件的工作失效率。其设计的依据是:其设计的依据是:GJB/Z35-93GJB/Z35-93。降额的基本参数各个不同工程领域不完全降额的基本参数各
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