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是否存在替代传统可靠性预计的方法?

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德凯宜特
 
作者:Michael Pecht博士,吴际博士 美国马里兰大学 CALCE 电子产品与系统中心

  摘要
  对与电子产品,供应商要评估他们的产品是否可靠,并需要决定给客户什么样的可靠性保证。客户需要判断供应商知道他们将交付什么样的产品。这些都需要采用以失效物理分析法为基础的可靠性评估方法来实现。使用失效物理分析法也可以帮助客户和供应商评估和减少风险。失效物理方面的知识对于供应商和客户都是必须的,因为供应商的产品的现场失效会影响其信誉,减少商机。客户买了有问题产品的会危及他们的商机,甚至安全。

  现在人们普遍认为应该将产品的可靠性预计结合在产品设计与开发过程中,而我们也同时发现传统的可靠性预计方法存在不少的问题。例如,传统的可靠性预计模型不能预计产品现场失效,不能用于对比研究,并且还存在着误导产品适销趋势等问题。本文介绍了电子产品可靠性预计的历史发展,讨论了传统可靠性预计方法,并且介绍了一种越来越被广泛接受的、有效的替代方法。

  传统可靠性预计模型的历史
  在第二次世界大战中,为了能对系统可靠性进行量化评估,美国政府采购部门着手建立一种标准化的方法来制定需求规格和预测过程。因为如果没有标准化,每个供应商的预测就会基于他们各自的数据。这样,对于一个由不同供应商生产的元器件组成的系统,不仅将难以评估其可靠性预计,而且对于同样功能的元件或系统的不同设计之间的比较也造成了困难。
  可靠性预测与评估标准可以追溯到1956年11月。那时RCA发布了以“电子设备的可靠性应力分析”为题的TR-1100标准。该标准介绍了元器件失效的计算值模型。此后,美军方发布了MIL-HDBK-217可靠性预测手册。
  MIL-HDBK-217A规定,不论其使用环境、应用场合、所用材料、系统结构、器件功耗、制造工艺或制造商,所有的单块集成电路的失效率都是每百万小时0.4个失效。这种单一数值的失效率反映出一个事实:正确性和科学性没有像标准化一样被关注。
  微电子器件复杂的发展,使得依据MIL-HDBK- 217手册的预计日趋困难。有人可能会说MIL-HDBK- 217不应该用来预计新技术的可靠性。但是由于手册一般来说都是几年以前出版的,而其中的数据一般是出版之前5到10年或更久以前的,那么我们可以公正地说,手册已经不能用来对任何正在使用的电子技术进行预计了。例如利用MIL-HDBK- 217B对64K随机存储器件(RAM)计算出的平均故障间隙时间是13秒。此结果超过器件实际MTBF(Mean Time Between Failures, 平均故障间隔时间)几个数量级。所以,由于电子业的迅猛发展,MIL-HDBK-217不能有效地预计电子产品可靠性了。
  现在,美军方已经取消了MIL-HDBK-217标准。美国政府和军方,以及美国和欧洲的各种电子元器件、印刷电路板、电子设备和系统的制造商,已经不再使用传统可靠性预计方法(如MIL-HDBK-217及其衍生标准)。 
  传统可靠性预测方法与下列国际手册相同,[MIL-HDBK-217 1991; TR-TSY-000332 1988; HRDS 1995; CNET 1983; SN 29500 1986];它们都是从MIL-HDBK-217衍生出来的。
  通过美国国家标准与技术协会(NIST)、贝尔北方研究所、美国陆军、波音公司、Honeywell、Delco和福特汽车公司等机构进行的研究清楚地表明,这一传统可靠性预计方法已经给业界带来了损害,必须加以改变。


  传统可靠性预计方法存在的问题
  下面简单介绍一下传统可靠性预计方法存在问题的原因:
  1. 对于传统可靠性预测方法,进行最新的相关可靠性数据的收集是一个难以完成的工作,尤其当制造商每年都进行技术升级时。传统模型中的大绝大多数数据是过时的,如,MIL-HDBK-217中的连接器模型已经最少有15年没有更新,而这些模型是建立在25年前的数据基础上的。

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