黃海月

浙江科正電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)有限公司

可靠性測(cè)試方法在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用研究

黃海月

浙江科正電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)有限公司

電子產(chǎn)品的可靠性是影響其產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，而且隨著控制系統(tǒng)大型化，涉及眾多電子元件，其單個(gè)元件的故障會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。因此近年來(lái)對(duì)元件可靠性能的重視程度越來(lái)越高，需要在預(yù)定的環(huán)境和滿足可靠性指標(biāo)的條件下，對(duì)電子產(chǎn)品可靠性進(jìn)行測(cè)試，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家已把可靠性技術(shù)和全面質(zhì)量管理緊密地集合起來(lái)，以提高產(chǎn)品的可靠性水平。

可靠性測(cè)試；電子產(chǎn)品；應(yīng)用

可靠性測(cè)試的目的是盡早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)﹑生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品的缺陷。越在產(chǎn)品開發(fā)早期控制好單元模塊的可靠性越能使產(chǎn)品在開發(fā)后期獲得較高的可靠性。電子產(chǎn)品作為國(guó)家產(chǎn)業(yè)化升級(jí)的重點(diǎn)，同時(shí)又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其可靠性受到了前所未有的重視。由于科技的發(fā)展，電子設(shè)備的系統(tǒng)日趨復(fù)雜，這對(duì)電子系統(tǒng)的可靠性特別是大型電子系統(tǒng)的可靠性提出了很大的挑戰(zhàn)，需要我們對(duì)此做出行之有效的應(yīng)對(duì)。

1 可靠性試驗(yàn)的定義

為了評(píng)價(jià)分析產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)稱為可靠性試驗(yàn)，也可以定義為：在實(shí)驗(yàn)室里模擬現(xiàn)場(chǎng)工作條件和環(huán)境條件進(jìn)行試驗(yàn)，以此確定產(chǎn)品的可靠性的方法。

(1)早期失效期(Infant Mortality)也稱為恒定失效期，表明產(chǎn)品的初期失效率很高，但隨著工作時(shí)間的增加，失效率迅速降低。這一階段失效的原因大多是由設(shè)計(jì)﹑原材料和制造過程中的缺陷造成的。為了縮短這一階段的時(shí)間，產(chǎn)品應(yīng)在投入運(yùn)行前進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，以便及早發(fā)現(xiàn)﹑修正和排除故障；或通過試驗(yàn)進(jìn)行篩選，剔除不合格品。(2)偶然失效期(Random Failures)也稱隨機(jī)失效期，這一階段的特點(diǎn)是失效率較低，且較穩(wěn)定，往往可近似為常數(shù)，產(chǎn)品可靠性指標(biāo)所描述的就是該時(shí)期，這一時(shí)期是產(chǎn)品的良好使用階段，偶然失效主要的原因是質(zhì)量缺陷，材料弱點(diǎn)，環(huán)境和使用不當(dāng)?shù)纫蛩匾穑?3)耗損失效期(Wear-out)，送個(gè)時(shí)期的失效率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而急速增加，主要原因是產(chǎn)品壽命已經(jīng)接近盡頭(可能由磨損，疲勞等引起)，產(chǎn)品的失效非常嚴(yán)重，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S修或直接將其更換。

2 可靠性試驗(yàn)技術(shù)

2.1 環(huán)境試驗(yàn)

環(huán)境試驗(yàn)屬于工程試驗(yàn)的范疇，它是評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際使用﹑運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)境條件下的性能，并用于分析﹑研究環(huán)境因素影響程度及其作用機(jī)理的試驗(yàn)。通過人工模擬環(huán)境試驗(yàn)，利用試驗(yàn)設(shè)備創(chuàng)造一個(gè)或多個(gè)環(huán)境影響因素，以評(píng)估在使用﹑存儲(chǔ)﹑運(yùn)輸中的主要的環(huán)境影響下被試產(chǎn)品的適應(yīng)能力。根據(jù)設(shè)備要求可參考 GB2424《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程》或 GJB105《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》中相應(yīng)的規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行試驗(yàn)和檢測(cè)。具體測(cè)試項(xiàng)包括+振動(dòng)試驗(yàn)﹑沖擊試驗(yàn)﹑加速度試驗(yàn)﹑低溫試驗(yàn)﹑高溫試驗(yàn)﹑溫度沖擊試驗(yàn)﹑濕熱試驗(yàn)﹑鹽霧試驗(yàn)﹑低氣壓試驗(yàn)﹑輻射試驗(yàn)等。如果我們的設(shè)備工作于特殊的環(huán)境條件下，而在標(biāo)準(zhǔn)中未曾提及相應(yīng)環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)，則我們也需要進(jìn)行相應(yīng)的模擬環(huán)境試驗(yàn)，以確保環(huán)境試驗(yàn)的完備。

2.2 設(shè)計(jì)測(cè)試用例

在實(shí)施軟件可靠性測(cè)試過程中，涉及到測(cè)試環(huán)境準(zhǔn)備﹑操作剖面構(gòu)造﹑測(cè)試案例生成等技術(shù)和方法。要求按照軟件的操作剖面進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果使用軟件可靠性模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，操作剖面的構(gòu)造是進(jìn)行可靠性測(cè)試的基礎(chǔ)。操作剖面是描述用戶如何使用軟件的一種技術(shù)，通過構(gòu)造軟件的操作剖面可以指導(dǎo)軟件可靠性測(cè)試工作過程，獲得理想的測(cè)試結(jié)果。而如何準(zhǔn)確高效地構(gòu)造出切合實(shí)際的軟件操作剖面就成為軟件可靠性測(cè)試工作中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)構(gòu)造軟件操作剖面的方法是自頂向下對(duì)軟件的功能和使用進(jìn)行不斷細(xì)化，然后確定相關(guān)概率的方法獲得的；現(xiàn)在隨著軟件工程方法的日益成熟，軟件建模技術(shù)的應(yīng)用也更加廣泛，產(chǎn)生了使用UML，技術(shù)構(gòu)造軟件操作剖面的方法。UML是一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)建模語(yǔ)言，使用UML的用例圖和順序圖可以比較完整地捕獲和描述系統(tǒng)用戶需求，為系統(tǒng)功能的細(xì)化和軟件操作剖面的建立提供了一種便利的方法。在申報(bào)平臺(tái)系統(tǒng)中，使用UML技術(shù)建立軟件剖面。用例剖面是指由UML用例圖定義的軟件用例及其發(fā)生概率所組成的集合。場(chǎng)景剖面是對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行特定操作的描述，是用例實(shí)例化的結(jié)果。

2.3 加速壽命試驗(yàn)

ALT( Accelerated Life Test加速壽命試驗(yàn))試驗(yàn)屬于統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)的范疇，它是目前發(fā)展較成熟的一種可靠性試驗(yàn)技術(shù)，由壽命試驗(yàn)發(fā)展而來(lái)，其試驗(yàn)前提是在試驗(yàn)應(yīng)力下被試產(chǎn)品的失效機(jī)理不變，其試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)是在不同應(yīng)力水平下的試驗(yàn)只改變被試產(chǎn)品壽命分布的參數(shù)，而不改變其壽命分布的類型。在進(jìn)行ALT試驗(yàn)中要給出表述產(chǎn)品壽命分布參數(shù)與應(yīng)力水平之間的關(guān)系式，即所謂的加速方程或加速模型，這樣才能將產(chǎn)品在高應(yīng)力下的壽命分布轉(zhuǎn)化為止常應(yīng)力下的壽命分布。在試驗(yàn)過程中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范確定的失效標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷受試樣品是否失效，并盡景記錄每個(gè)失效樣品的準(zhǔn)確失效時(shí)間。

HALT試驗(yàn)采用對(duì)樣品系統(tǒng)地施加步進(jìn)應(yīng)力的方法，讓樣品承受逐步增加的環(huán)境應(yīng)力(振動(dòng)﹑溫度和濕度等)﹑附加應(yīng)力(電源周期通斷﹑電壓拉偏和頻率拉偏等)和工作應(yīng)力(開關(guān)器件的開合頻率等)來(lái)快速暴露設(shè)計(jì)上的缺陷或薄弱環(huán)節(jié)，確定產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，從而在短期內(nèi)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)提供高效的信息)高加速應(yīng)力篩選HASS試驗(yàn)以HALT試驗(yàn)為基礎(chǔ)，它是專為清除生產(chǎn)過程中引入的產(chǎn)品缺陷而設(shè)計(jì)的最快最有效的篩選過程，它能在很短的時(shí)間內(nèi)激發(fā)出產(chǎn)品在外場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種早期失效形式，從而有效縮短篩選時(shí)間。

在公司實(shí)際的可靠性測(cè)試過程中可能會(huì)面臨以下困難：(1)如何平衡測(cè)試成本和測(cè)試效果之間的關(guān)系；(2)如何克服來(lái)自公司人力﹑資源﹑制度等方面的約束；(3)如何有效分析并解決試驗(yàn)過程中的各種失效現(xiàn)象。

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[3] 劉洋.基于測(cè)試結(jié)構(gòu)的CMOS工藝可靠性評(píng)價(jià)方法研究[D].電子科技大學(xué)，2016.