可靠性预计技术的发展研究

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1、可靠性预计技术的发展研究1美国MIL-HDBK-217军用手册与我国GJB/Z299军用标准的发展美国口1962年出版MIL-HDBK-217以来已经公布了7个更新版本。1962年的217手册是依据试验数据、装配数据、系统鉴定数据和现场数据而获得的综合统计结果。各类元器体采用同一环境系数，尽管比较粗糙，但预计结果比较接近实际情况。1965年的217A仅采川有控制的试验数据(进库试齡和鉴定试验等)，给出失效率与应力的曲线，现场数据仅用来确定环境系数，从而各类别元器件失效率预计模型冇了各自的环境系数，但217A预计的设备故障率比217大10倍左右，预计的准确性受到怀疑。1974

2、年的217B较全面地考虑了影响失效率的多种因素，增加了质量系数，在统计过程中更加重视现场数据，提高了预计的准确性，217B标志着美国可靠性预计技术逐渐走向成熟。1991年的217F给出了19大类元器件的预计模型及参数，重要的修改冇:(l)PLA、PAL电路门数从217E的30000门扩展至60000门；(2)修改了EEPR0M的预计模型，考虑了EEPR0M改写次数、改写方式和产品结构的影响；(3)M0S型VLSIC的预计模型增加了入eos系数，考虑了电过应力的影响；(4)双极型微波分立器件模型分为低噪声和大功率两种；增加了GaAs和Si微波场效应管的预计模型。1995年发布

3、的217FNOTICE2首次给出了表而安装元器件及其连接的可靠性预计模型及其参数，80年代以来，SMT技术迅猛发展，到90年代中期,美国和口木的SMT元器件销最占元器件总最的50%以上。SMT可使印制板的尺寸减小40%,重量减轻70%以上，在航天、航空、通讯等军、民用电了领域普遍应用，SMT的可靠性预计也引起广泛关注。217FNOTICE2在这方而取得突破，给出了各种SMT元器件以及3利［引线形状、2种元器件封装衬底材料和22种材料做成的电路板的可靠性预计模型，并强调了温度循环对SMT连接可靠性的影响山。与微电路和半导体分立器件一样，元件(电阻、电容等)的预计模型中，把温度

4、的影响从基本失效率兀中捉了出來，以兀t來表示，叼则采用典型的阿伦尼斯模型，删除了原模型的加速常数，元器件承受温度应力的能力更强，整本手册也更为统一。从217E至217FNOTICE2跨越了13年，微电子器件的失效率有明显的下降(见图1),元件的失效率变化比较平缓。这与微电路发展、成熟的吋间过程相吻合。随着电子工业的发展，元器件品种的扩展和可靠性水平的提高，我国编制的预计手册也需要适时再版。为修订1987年的GJB/Z299-87共收集、分析处理了1.17x10.11元件小时的试验和现场数据。GJB/Z299B的主要改进：(1)调整了各类别元器件的预计失效率水平，使预计结果进

5、一步吻合我国当前实际；(2)更新了质量等级划分表中的生产执行标准，调整了对应的质量系数，特别是通过国军标认证的产品在7TQ表中均得到反映；(3)增加了微处理器、EEPROM、DRAM.大功率微波双极型晶休管、砂化稼场效应晶体管、固体继电器、电了滤波器等24类别元器件失效预计模型及数据；(4)数字电路的门数从299A的1000门扩展到3000门，存储器的位数从64K扩展到256K；(5)增加了运输机朋舱和运输机无人舱两种使用环境。2考虑了早期失效的预计法217等手册预计的是产品偶然失效期的情况，认为各类元器件的可靠度服从指数分布，而没有考虑早期失效与设备环境应力筛选等因素的影

6、响。早期失效往往是山于产品存在工艺、材料缺陷等先天不足的因素所造成的。虽然元器件生产厂或整机单位进行的筛选试验对剔除大部分有缺陷的产品，但对于早期失效人于一千小时的产品就难以用筛选的方法完全剔除掉。贝尔通讯研究所在其可靠性预计程序(RPP)[2]中提出了首年因子的概念，认为所有的元器件的早期失效期均为一万小时，并服从威布尔分布，早期失效对使川期可靠性的彫响用首年因子心丫來表示。咛丫=第一年平均工作失效率/恒定失效率XSSo入SS=入BjtSjtTttQXb-RPP预计的基本失效率(T=40°C,S=50%)；恋一应力修止因了;兀丁一温度系数；7Tq■质呈系数。投入使用前的有

7、效筛选时间te越长，首年因子越接近1,有效筛选时间越短，首年因了越大。1MM0若tc>贰不则兀fy=1枯■卄8760严十岛呵3综合试验与现场数据的预计法用户所掌握的试验和现场数据是非常宝贵的，有效地运用这些信息对使预计结果更加准确。贝尔通讯研究所建立了综合早期失效和寿命试验数据的预计模型，允许采用的数据要求很严，要求500个元器件或50个模块在实际使用应力下至少试验500小时并加速试验至少3000小时，失效数大于2,综合失效率扁如下：n—试验失效数；N—试验元器件数；T】一每个元器件的有效试验时间;Tc—试验前的有