可靠度测试的方法及意义.ppt

Quality Reliability Engineer可靠度測試的方法及意義可靠度測試的方法及意義Seanbull2009/07/162024/5/12 周日1可靠度的定義可靠度的定義1.JIS的定義:信賴性:表示某系統,機器或元件對時間穩定性的程度或性質.信賴度:表示某系統,機器或元件在特定條件及時間下,能發揮 其機能的機率.2.MIL-STD-721定義:可靠度:某裝置在規定的使用條件,於規定的期間內,能發揮其 特定功能的機率 要素:(1)機率(Probability)(2)達成規定的機能(功能)(Intended Function)(3)規定時間(Specified Interval)4)規定條件(Stated Conditions)廣義的定義:可靠性+可維護 可用性 2024/5/12 周日2品質品質:產品未被客戶正式使用前，針對產品的性能、價值、產品未被客戶正式使用前，針對產品的性能、價值、機能水準的判斷與認定機能水準的判斷與認定。可靠度可靠度:產品包括未被客戶使用前即客戶實際使用期間產品包括未被客戶使用前即客戶實際使用期間，所表現出來的整體水準，所表現出來的整體水準，那所有的性能、價值及機能水準那所有的性能、價值及機能水準的總認定的總認定。品質品質產品壽命時間軸產品壽命時間軸可靠度可靠度產產品品平平均均壽壽命命可靠度的定義可靠度的定義2024/5/12 周日3可靠度的歷史可靠度的歷史1.二次世界大戰,美國在東亞作戰,飛機在飛行中半數不見了,肇因於真空管故障,於是追溯是製造不良?還是搬運?引發了可靠度的動機.2.1952年,美國國防部成立AGREE(Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment),由軍方,企業界,學術界等組成的這個Group,專門致力於研究電子Equipment之可靠度.3.1970年 軍品 一般民需用品 小真空管 大型產品2024/5/12 周日4可靠度的必要性可靠度的必要性确认有无设计之缺失确认有无加工机具或工艺技术上之瑕疵.确认有无瑕疵的零组件确认有无任何变异产生确认工程修改之完整性建立及查核整体的品质水准环境应力筛选:产品在设计的强度极限下,运用加速技巧,找出已存在于产品中潜在暇疵给筛选出来,以免该产品于日后使用过程中,遭受环境应力时而导致失效发生,造成不必要的损失2024/5/12 周日5 研发阶段：对试样进行可靠性测试，找出产品在原材料，结构，工艺，环境适应性等方面所存在的问题，而加以改进，经过反复试验与改进就能提高产品的可靠性指标。试產阶段：当新产品定型后，根据产品技术条件进行鉴定试验，以便全面考核产品是否达到规定的可靠性指标。生产过程中：监控产品质量的稳定程度（监控原材料质量变差或性能下降和工艺流程失控）。目的总结 通过试验发现产品潜在失效模式(Failure Mode)探求失效机理(Failure Mechanism)优化研发设计，工艺流程(Optimize design and process)监控原材料，工艺流程的改变(Monitor raw material and process)可靠性测试目的可靠性测试目的2024/5/12 周日6早夭失效期(DFR)偶發失效期(CFR)磨耗失效期(IFR)時 間 t 失效率函數(t)(t)典型的失效浴缸曲線典型的失效浴缸曲線2024/5/12 周日7可靠度系統可靠度系統 新產品新產品,新新制程制程可靠度驗証可靠度驗証制程量產制程量產 可靠度可靠度抽樣試驗抽樣試驗模擬模擬,復制復制工程變更工程變更客戶回饋客戶回饋可靠度驗證可靠度驗證可靠度可靠度技術技術的拓展的拓展LSLUSL設計邊緣規格界限設計邊緣規格界限早夭期早夭期适用期适用期老化期老化期2024/5/12 周日8早夭期早夭期故障率高:時間增加時,故障率減少.故障原因:1.設計缺陷.2.製程錯誤.3.使用不當.4.元件不良.故障消除法:1.除錯(Debugging)2.燒機(Burnin)3.篩選(Screening)2024/5/12 周日9可用期可用期故障率為一定常數,故障率穩定且低.故障原因:1.偶發的(Chance Failure).2.設計先天限制.3.使用造成意外.4.保養,維修不良.故障消除法:1.重新設計.2.製程管制.3.維修保養.2024/5/12 周日10磨耗期磨耗期故障率高:時間增加,故障率增加.故障原因:1.疲乏 2.老化 3.劣化 4.磨耗(Wear-out)故障消除法:1.預防保養(Preventive Maintenance)2.預先更換零件.3.翻修(Overhaul)2024/5/12 周日11環境試驗環境試驗 要掌握產品在使用中可能遭遇和產品的各種環境,並選取那些對產品有危害性的最惡劣環境條件在實驗室中模擬考驗(參照MIL-STD-810).1.自然環境條件:溫度,溼度,鹽霧,氣壓,風力,雨雪,霧.2.動力環境條件:運輸中發生之衝擊,振動,落下.2024/5/12 周日12環境應力篩選試驗(ESS)Environmental Stress Screening 針對進料檢驗合格之零件,模擬實際使用狀況,引用適當的環境應力,剔除次級零件,減少修理服務花費的大量修理時間與成本.(參照MIL-STD-883).檢驗合格之零件,若不經篩選試驗裝配於系統中之最初一年;早夭期,將有2%6%之失效率.環境應力:溫度,溼度,鹽霧,衝擊,振動,加速度,燒機(高溫烘烤,溫度衝擊,溫度循環)2024/5/12 周日13360330300270240210180150120906030權權重重後後位位階階隨機振動高溫電應力熱衝擊溫度循環定頻正弦振動低溫正弦掃瞄振動複合環境衝擊濕度加速度高度各種篩選環境應力之相對篩選效率各種篩選環境應力之相對篩選效率2024/5/12 周日141.高温运行和贮存（IEC60068-2-2)高温运行（研发）：T max 产品技术条件温度上限高温贮存（研发）：一般取T max+20 高温贮存（生產）：一般取T max+102.低温运行和贮存(IEC60068-2-1)低温运行（研发）：T min 产品技术条件温度下限低温贮存（研发/生產）：一般为-40 3.温度冲击(Thermal Shock Test)在-40 下保持1h，在30秒内温度切换到T max+20下保持1h，一般共做24个循环4.交变湿热(IEC60068-2-30)一般高温（55）低湿（93%），低温（25）高湿（98%）循环6次，每个循环24小时湿度控制在5%左右可靠性测试項目可靠性测试項目2024/5/12 周日155.盐雾实验浓度为5%的NaCl溶液，时间24小时交变盐雾测试参考 IEC60068-2-38,IEC60068-2-14,IEC60068-2-67,IEC60068-2-11,IEC60068-2-3,IEC60068-2-306.淋雨实验 考查产品的密封性（流量：10L/min；距离：0.5米；时间：5分钟；10分钟或明或20分钟）7.耐化学品实验耐醇性测试：无水酒精（99.5%），棉签，砝码，搽拭循环耐KOH,H2S,SO2耐化妆品测试：凡士林护手霜耐手汗测试（氨水1.07%;氯化钠0.48%;水98.45%）可靠性测试項目可靠性测试項目2024/5/12 周日168.冷启动实验产品在低温下保持0.52小时，然后开机，产品应能正常工作以上过程重复3次以上9.开关电实验在高温，低温和湿热条件下各开关电3次以上，重复10次以上10.附着力实验用刀片在测试样本表面划10*10个1mm*1mm小网格，用3M胶纸粘在测试小格上，并用橡皮擦用力擦拭胶带，用手抓住胶带一端在垂直方向（90）迅速扯下胶带，重复2次11.振动实验工作状态：IEC60068-2-6运输状态：IEC60068-2-64 可靠性测试項目可靠性测试項目2024/5/12 周日1712.跌落实验(Free Fall Test and Random Free Fall Test)六面八角十二棱测试条件按照美国军标MIL-STD-81013.EMC（Electric Magnetic Capability）EMI Electric Magnetic Interference 电磁干扰 （GB9254）EMS Electric Magnetic Susceptibility 电磁敏感性 （GB/T17626）14.其他实验15.可靠性测试項目可靠性测试項目2024/5/12 周日18可靠性测试項目可靠性测试項目-HALT HASS2024/5/12 周日19量產前產品量產前產品 Review產品研發及量產流程產品研發及量產流程產品研發及量產流程產品研發及量產流程 Spec-及及ID 確認確認-RD 設計產品設計產品-EVT-DVT-PVT-MP-Phase out QA在在 PVT 階段才完全介入階段才完全介入 產品成熟度的產品成熟度的產品成熟度的產品成熟度的 REVIEWREVIEW -Reliability:無無 Major bug(QT report)-Compatibility:無無 Major bug(QT report)-Safety Application:量產前須申請完成量產前須申請完成(Check with R/D)-EMS/EMI/ESD:須全部須全部 PASSnEMI Electric Magnetic Interference nEMS Electric Magnetic SusceptivitynESD-Electro-Static Discharge 靜電釋放靜電釋放2024/5/12 周日20振動試驗振動試驗:發掘產品可能遭遇的以下問題：1.加速材料疲勞破壞2.電性間歇接觸不良3.元件接觸不良4.封裝體變形5.組件破損6.部品壓碎破裂7.電子零件鬆脫8.導線磨損9.固定鬆動、螺絲鬆脫 2024/5/12 周日21振振動試驗機動試驗機2024/5/12 周日22振動試驗振動試驗測試設備測試設備:振動試驗機振動試驗機.測試條件測試條件:依依Reliability Test Plan或特殊需求之條件執行試驗。或特殊需求之條件執行試驗。測試測試流程流程：1.將待測機台固定於測試平台上。將待測機台固定於測試平台上。2.在振動試驗機上設定所需試驗規格後在振動試驗機上設定所需試驗規格後,啟動振動試驗機。啟動振動試驗機。3.依序完成依序完成X.Y.Z.三軸向之試驗。三軸向之試驗。4.試驗結束後試驗結束後,將機台取出將機台取出,並將結果記錄於振動試驗記錄表中。並將結果記錄於振動試驗記錄表中。5.結果判定結果判定:依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通過此項實驗過此項實驗。2024/5/12 周日23溫濕度試驗溫濕度試驗 發掘產品可能遭遇的以下問題：1.材料特性改變2.尺寸變化3.永久變形4.電阻、電容值變化與參數漂移5.電路穩定性改變6.縮短壽命7.材料晶體結構變化8.電路改變9.結構分離10.加速化學反應11.氧化腐蝕12.物理強度減弱 2024/5/12 周日24溫濕度櫃溫濕度櫃chamber2024/5/12 周日25溫濕度試驗溫濕度試驗測試設備測試設備:溫濕度櫃溫濕度櫃chamber測試條件測試條件:依依Reliability Test Plan或特殊需求之條件執行試驗。或特殊需求之條件執行試驗。測試程序測試程序:1.將待測機台置於適當位置將待測機台置於適當位置,並依試驗計劃執行適當測試程式並依試驗計劃執行適當測試程式,檢查機檢查機台是否正常執行台是否正常執行.2.在在chamber設備上設定所需試驗規格後設備上設定所需試驗規格後,啟動啟動chamber.3.試驗中試驗中,需檢查試驗機台是否有異常需檢查試驗機台是否有異常.若有異常若有異常,則通知相關單位前來則通知相關單位前來處理處理,若確定為不良若確定為不良,則依可靠度測試不良處理程序執行分析與改則依可靠度測試不良處理程序執行分析與改善善.4試驗結束後試驗結束後,將機台取出將機台取出,並將結果記錄於溫濕度試驗記錄表並將結果記錄於溫濕度試驗記錄表 5結果判定結果判定:依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通依各產品成品檢驗判定規範執行功能及外觀檢驗以判定機台是否通過此項實驗過此項實驗.2024/5/12 周日26落下試驗落下試驗(Drop Test)鑑定新產品之包裝設計是否能在儲藏.運輸及攜帶期間,不因衝擊振動或掉落而造成產品之物理、機械及電性上的損壞.2024/5/12 周日27落下試驗機落下試驗機2024/5/12 周日28溫度Confidence=60%Number of failure=0 =0.92 MTBF计算及评估计算及评估2024/5/12 周日29 MTBF计算及评估计算及评估l 基于MTBF的计算 MTBF是一个统计值，计算值须高出客户的要求一个数量级Bellcore 计算公式 MTBF=T total/(N*t)1.统计出所有样品失效前的时间和和失效数2.找到可靠性测试的数据3.找到对应的激活能(Ea)4.计算在工作温度下的MTBF在常温下做寿命测试（工作状态）1.类似 Bellcore 方法2.不需要激活能分三组分别在三个高温条件下测试，分别求出在三个温度下的MTBF，利用Arrhenius公式求出拟合直线，再求出在工作温度下的MTBF2024/5/12 周日30 MTBF计算及评估计算及评估l 基于MTBF的测试（例子）要求在90%CI下MTBF为20000小时如何判定可靠性是否达到规定要求？1.测试时间 T=A*MTBF=20000A;A=0.5*CHIINV(Excel);CHIINV=X2(1-a,2(r+1);a=90%;r=1(失效数);A=3.89;T=20000*3.89=77800h2.样品定为10台，T=77800/10=7780h3.高温加速测试 T”=T/AF;条件：75，85%AF=exp(Ea/k*(1/Tu)-(1/Ts)+(RHun-RHsn);Ea为激活能（根据原材料不同有不同取值）=0.6eV;k=8.6*10E-5eV/K(玻尔兹曼常数);AF=344.测试方案：T”=7780/34=228.8h；将10台产品在75，85%的条件下进行228.8小时的测试，如果 失效次数小于等于一次，就认为此产品的MTBF达到了要求2024/5/12 周日31MTBF=35,000 hours,90%Confidence levelSample Size:10 pcsTa=40 Degree,Tb=25 DegreeAcceleration Factor:3.70236Confidence level factor(Per GEM TABLE:For 0 defect,90%)=2.30259After calculator,We get the life time as below:Life time(Test hours):90.69736 days實例2024/5/12 周日32Gasket Reliability Test Plan-How to make sure 10 YearUser environmentTest conditionNormal user turn on/off product by dailyTest switch=24Hrs(1 day)/1 cycle time=24*60min/70min=20.57First time found fail sample of thermal cycle Second time found fail sample of thermal cycle Spec life=87876.53hrs/24hrs/365day=10.03YearIF make sure 10 year lift,we must test 2900 thermal cycle(near 4.6 month)2024/5/12 周日33結論結論:1.可靠度工程 2.零件工程可靠度工作 3.環境試驗 4.產品安全 5.可維護性2024/5/12 周日34QE 實驗申請流程及申請系統2024/5/12 周日35實驗申請流程相關部門協商以確認需要做實驗的產品及實驗項目申請單位提供實驗產品及填寫實驗申請系統QE 核准並回復試驗計劃完成時間END實驗階段QE 回復實驗結論及報告需重做2024/5/12 周日36填寫實驗申請系統目的：填寫實驗申請系統目的：1.1.針對實驗的項目進行管控，增加實驗的時效性針對實驗的項目進行管控，增加實驗的時效性2.2.對實驗設備，實驗耗材管控並為後續需求提供依據對實驗設備，實驗耗材管控並為後續需求提供依據3.3.實驗結果可查，可追溯性實驗結果可查，可追溯性4.4.明確責任單位，確認實驗必須做且主管了解狀況明確責任單位，確認實驗必須做且主管了解狀況實驗申請系統目的2024/5/12 周日37哪些問題需要進行可靠度試驗評估？1.1.新產品新產品2.2.新流程新流程3.3.新材料新材料4.4.工程變更工程變更5.5.測試不穩定的產品測試不穩定的產品6.6.產品經歷了非正常的流程產品經歷了非正常的流程2024/5/12 周日38QE 試驗申請系統2024/5/12 周日39QE 試驗申請系統2024/5/12 周日40QE 試驗申請系統2024/5/12 周日412024/5/12 周日42QE 實驗室的相關規定1.1.非實驗室工作人員禁止私自進入實驗室非實驗室工作人員禁止私自進入實驗室2.2.其它單位需要用到實驗室設備，需要提前填其它單位需要用到實驗室設備，需要提前填寫寫QE 申請，並填寫申請，並填寫QE 3.3.試驗事故預防及反饋機制試驗事故預防及反饋機制 3 3分鐘之内反饋到主管分鐘之内反饋到主管/經理經理/公安，公安，5 5分鍾之内反饋到分鍾之内反饋到廠長廠長/Peter/Peter 處處2024/5/12 周日43此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！