產(chǎn)品壽命可靠性試驗MTBF計算規(guī)范

溫度沖擊試驗箱產(chǎn)品規(guī)格：SET-A3表示沖擊溫度-40℃～+150℃/ A4表示沖擊溫度-55℃～+150℃/A5.表示沖擊溫度-65℃～+150℃

一、目的：

明確元器件及產(chǎn)品在進(jìn)行可靠性壽命試驗時選用標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件、測試方法
二、范圍：
適用于公司內(nèi)所有的元器件在進(jìn)行樣品承認(rèn)、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成熟度/產(chǎn)品成熟度（DMT/PMT）驗證期間的可靠性測試及風(fēng)險評估、常規(guī)性O(shè)RT例行試驗
三、職責(zé)：
DQA部門為本文件之權(quán)責(zé)單位，責(zé)權(quán)主管負(fù)責(zé)本檔之管制，協(xié)同開發(fā)、實驗室進(jìn)行試驗，并確保供應(yīng)商提交的元器件、開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品滿足本文件之條件并提供相關(guān)的報告。
四、內(nèi)容：
MTBF:平均*時間
英文全稱:Mean Time Between Failure
定義:衡量一個產(chǎn)品（尤其是電器產(chǎn)品）的可靠性指標(biāo),單位為“小時”.它反映了產(chǎn)品的時間質(zhì)量,是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)保持功能的一種能力.具體來說,是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔,它僅適用于可維修產(chǎn)品,同時也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF
 
MTBF測試原理
1.加速壽命試驗(Accelerated Life Testing)
1.1執(zhí)行壽命試驗的目的在于評估產(chǎn)品在既定環(huán)境下之使用壽命.
1.2 常規(guī)試驗耗時較長,且需投入大量的金錢,而產(chǎn)品可靠性資訊又不能及時獲得并加以改善.
1.3 可在實驗室時以加速壽命試驗的方法,在可接受的試驗時間里評估產(chǎn)品的使用壽命.
1.4 是在物理與時間基礎(chǔ)上,加速產(chǎn)品的劣化肇因,以較短的時間試驗來推定產(chǎn)品在正常使用狀態(tài)的壽命或失效率.但基本條件是不能破壞原有設(shè)計特性.
1.5 一般情況下, 加速壽命試驗考慮的三個要素是環(huán)境應(yīng)力,試驗樣本數(shù)和試驗時間.
1.6 一般電子和工控業(yè)的零件可靠性模式及加速模式幾乎都可以從美軍規(guī)范或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查得,也可自行試驗分析,獲得其數(shù)學(xué)經(jīng)驗公式.
1.7 如果溫度是產(chǎn)品的加速因素,則可采用阿氏模型(Arrhenius Model),此模式經(jīng)常使用.
1.8 引進(jìn)溫度以外的應(yīng)力,如濕度,電壓,機(jī)械應(yīng)力等,則為愛玲模型(Eyring Model),此種模式適用的產(chǎn)品包括電燈,液晶顯示元件,電容器等.
1.9反乘冪法則(Inverse Power Law)適用于金屬和非金屬材料,如軸承和電子裝備等.
1.10 復(fù)合模式(Combination Model)適用于同時考慮溫度與電壓做為環(huán)境應(yīng)力的電子材料(如電容如下式為電解電容器壽命計算公式)
1.11  一般情況下,主動電子零件*適用阿氏模型,而電子和工控類成品也可適用阿氏模型,原因是成品燈的失效模式是由大部分主動式電子零件所構(gòu)成.因此,阿氏模型廣泛應(yīng)用于電子,工控產(chǎn)品行業(yè)。
2.加速因子
R:反應(yīng)速度speed of reaction
A:溫度常數(shù)a unknown non-thermal constant 
EA:活化能activation energy (eV)
K:Boltzmann常數(shù),等地8.623*10-5 eV/0K.
T:為溫度(Kelvin)
2.1  加速因子原理：加速因子即為產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng)力條件下(Laccelerated)的壽命。
如果產(chǎn)品壽命適用于阿氏模型,則其加速因子為:
AF=e[Ea/K×(1/Ts-1/Tu)]
Ts:室溫+常數(shù)273
 Tu:高溫+常數(shù)273
 K: :Boltzmann常數(shù),等地8.623*10-5 eV/0K.
3.加速因子中活化能Ea的計算
3.1 一般電子產(chǎn)品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6Ev,正常有用期失效之Ea趨近于1.0Ev;衰老期失效之Ea大于1.0Ev.
3.2 根據(jù)HP 可靠度工程部(CRE)的測試規(guī)范,Ea是機(jī)臺所有零件Ea的平均值.如果新機(jī)種的Ea無法計算,可以將Ea設(shè)為0.67Ev,做常數(shù)處理.
3.3如按機(jī)臺所有零件Ea的平均值來計算,則可按以下例證參考
4.MTBF推算方法
4.1. 由MTBF定義可知,規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF, 指數(shù)(Exponential)分布是可靠度統(tǒng)計分析中使用普遍的機(jī)率分布.指數(shù)分布之MTBF數(shù)值為失效率λ的倒數(shù),故一旦知道λ值,即可由可靠度函數(shù)估算產(chǎn)品的可靠度.
MTBF= 總運行時間Total Operating(Hrs)/總失效次數(shù)Total Failures
MTBF的估計值符合卡方分配原理, 其語法為:
T= 總時間Total Hours
r=失效總數(shù)Number of failures
Φ=信用等級Confidence interval
5.DMTBF計算
DMTBF:平均*時間驗證
英文全稱:Demonstration Mean time Between failures
計算方法:以溫度為加速壽命試驗且采用阿氏加速壽命模式
計算公式:(實際使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便計算時數(shù))
Duration =（MTBFspec* GEMfactor）/(DC*Sample size*Afpowr*AF)
Duration:持續(xù)測試時間
MTBFspec:平均*時間
GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù)
DC: Duty cycle占空比
Sample size:樣本數(shù)
Afpower:加速系數(shù)
AF:加速因子
5.1. Duration:持續(xù)測試時間，即一個單位或幾個單位的樣品在進(jìn)行壽命試驗時總的需要測試的時間
5.2. GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù)，此指數(shù)一般取常數(shù),其取值標(biāo)準(zhǔn)為按照Confidence Level信心水準(zhǔn)進(jìn)行取值,常用的值為80%信心水準(zhǔn)取3.22;而90%信心水準(zhǔn)時取2.3026.
5.3. DC: Duty cycle占空比，即在試驗進(jìn)行開關(guān)運行過程中,運行時間占總時間的百分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為:45min/(45min+15min)=0.75
4. Sample size:樣本數(shù)，根據(jù)實際狀況確認(rèn)的做壽命試驗的樣品數(shù)
5. MTBFSpec:平均*時間，實驗品規(guī)格書上描述的MTBF時間數(shù)
6. AFpower:加速系數(shù)，即在實驗品進(jìn)行開關(guān)運行過程中,1小時時間ON和OFF時間之和的比值,如: 實驗品選擇25min ON/5min OFF則Afpower值為:AFpower=60min/(25+5)min=2
7. AF:加速因子,產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng)力條件下(Laccelerated)的壽命的比值