可靠性强化试验
6-可靠性设计-可靠性强化试验
可靠性强化试验•环境应力激发试验–激发试验（Stimulation）与模拟试验（Simullation）的思路相反，通过人为施加环境应力，快速激发产品潜在缺陷，并加以清除。
–所加应力不必模拟真实环境，只求激发缺陷效率越高越好。
–对故障了解得越多，可靠性越好“设计”。
–设计缺陷的暴露、抑制和排除，在本讲义以外，从方法学上仍然留有极大空间可以探索。
•可靠性强化试验（RET）–G. K. Hobbs, K. A. Gray, L. W. Condra等人是先驱者。
–他们称这种试验为高加速寿命试验（HALT—HighlyAccelerated Life Test）和高加速应力筛选（HASS—Highly Accelerated Stress Screen）。
–前者针对设计，后者针对生产。
–方法的核心是施加大应力，一步步地加，一次次地排除缺陷，以此获得高可靠性。
也叫步进应力法。
–术语：步进应力试验（Step Stress），高加速寿命试验（HALT），高加速应力筛选（HASS），应力寿命试验（STRIFE），应力裕度和强壮试验（SMART）……–波音公司统称这一技术为可靠性强化试验（RET---Reliability Enhancement Testing）。
•可靠性强化试验（RET）–L. W. Condra在其系列论文中说，美国生产厂家在80年代认识质量得重要性，到90年代又认识到可靠性的重要性。
–生产厂家深知市场不仅要求高的开箱率，而且要求在寿命周期内性能良好不变。
–这是新一轮的挑战。
而RET正是满足这一挑战的最好方法。
–按传统的可靠性定义去应付瞬息万变的动态市场，显得太被动，厂家只对用户的条件（规范）负责，不对产品的使用负责，必然在竞争中失败。
–进取性的市场可靠性定义：可靠的产品应随时都能完成用户需要其完成的任何任务！•可靠性强化试验（RET）–这样，可靠性不再是一种成本负担，相反可靠性正是商家追求的一种资产、一种财富。
可靠性强化试验及其在引信中的应用
Ｆ ＡＮ ｈ—ｅ ｇ， ｎ －ｉ Ｌ ｎ， ＥＮ ｎ Ｚ ｉ ｎ ＱＩＸｉｇｌ ｆ ｎ， ＥＩ Ｂｉ Ｗ Ｊａ ｉ
ｓｒｓ ｃｅ ｎｎ （ ＡＳ ） ｔｅ ｓｓｒｅ ｉｇ Ｈ Ｓ
０ 引 言
随着电子技术迅速发展 ， 引信 系统 由传统机械
结构过 渡 到复杂 的 机 电或 电子 系 统 ， 何 改 善 和提 如
以时间引信为例讨论其在引信产品中的应用。
１ 可 靠性 强化 试 验 技 术
高电引信的可靠性 已经成 为一个不容忽视 的问题 。 １ １ 国 内外可 靠性 强化试验 研 究现状 ． 传统环境模拟试验周期长、 费用高 ， 且不能完全暴露 可靠 性 强 化 试 验 是 一 种 激 发 试 验 （ ｔ ｌ－ Ｓ ｉ ａ ｍｕ
ｕ ｅ ｒ ｅｍａ ｅｅ ｒｈ ｏ ｊｃｓｏ Ｔ ｗ ｉ ｒｖ ｓ ｆｚ ｅ ａ ｉｔ ｈ ｏ ｇ ｅｅ ｔ ｇ ｆｉ ｒｓ ａ ａｙ ｉ ｒｓａ ｅ ｈ ｉ ｒ ｓａ ｃ ｂｅ ｔ ｆ ｔ ｎ ＲＥ ｈ ｃ ｉ ｏ ｅ ｕ ｅｒ ｌ ｂｌ ｙ ｔ ｒ ｕ ｈ ｄ ｔｃｉ ａ ｕ ｅ ， ｎ ｌｚ ｇ ｈ ｍｐ ｉ ｉ ｎ ｌ ｎ
ｒｓｌｏ ｅ ｕｔ ｆ ＨＡＬ ． ｎ ｒ ｌ ，ｈ ｉ ｅ ｔ ｎ ｈ ｗ ｓ ｔ ｅａ ｕ ｅ ｒ ｍｉ ｄ ｉ ８ ％ ｏ ｅ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌ ｔ ｎ Ｔ Ｇｅ ｅａｌ ｔ ｅｈｇ ｓ ａ ｄｔ ｅｌ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔｒ ｅ ｉ ｔ ０ ｙ ｈ ｏ ｍｐ ａ ｌ ｅ ｎ ｆ ｈ ｅ ａｉ ｍｉ ａ ｄ ｔ ｏ ｏ ｉ
（ 军械 工 程学院弹 药 工程 系 。 河北 石 家庄 ｏｏ ｏ ） ｓ ｏ３
可靠性强化试验与MTBF的关系
五、可靠性强化试验技术(RET)与产品的可靠性的 关系
改进前两分布数学期望之间的距离 强化试验进行改进的数学期望值之间的距离
ρ 使用环境 应力包线 A
强化可靠性试验前的产品耐环境应力包线
通过可靠性增长试验 改进设计 工艺后的产品耐环境 应力包线
A'
B'
0
B
应力
图5 可靠性强化试验改进减少失效率的示意图
以上是我们一些粗浅认识，在此提出了试图
激起同行们研究讨论。
六、可靠性环境应力筛选与MTBF的关系
产品生产过程会带给产品一些早期故障，使 产品耐环境应力的概率曲线变形。
通过筛选将产品耐环境应力的概率恢复到原 来固有的分布特性曲线，即是将浴盆曲线的早期 浅层失效率高的部分剔出，使其失效率降到优良 产品的失效率，从而提高其使用可靠度，如图6 所示。若进行定量筛选则可将隐藏较深的故障剔 除，从而改变产品耐环境应力分布，进一步降低 失效率。
大量同一产品其耐环境应力能力的统计特性应 服从正态分布，如图２所示 。
ρ
0 图2 产品耐环境应力的概率曲线
应力
三、决定ＭＴＢＦ的失效率λ０与两个分布的交 的积的和的关系
产品失效是因为承受的环境应力达到和超过
产品耐环境应力的能力，进入产品耐环境应力概 率包线内，使耐环境应力低的那部分产品失效。
ρ
环境应力 产品耐环境应力的能力
ρ
筛选前
0 λ
筛选后 筛选后产品耐环境应力 Байду номын сангаас平的概率曲线
应力
λ 0
t
图6 可靠性强化试验用于筛选提高产品产品使用可靠度示意图
美国用高温变率，三轴自由度，气动振动台
的试验装置的可靠性强化试验技术应用很广，它 代替了相当部分的其他方式的可靠性试验，美国 技术的今天就是我们技术的明天,国内华为公司已 大量使用此技术提高产品耐环境应力能力和可靠 性水平。因此花力气研究可靠性强化技术是势在 必行。
汽车可靠性强化试验技术的探讨
个应 用分 支 ， 目前 作 为考核 车 辆产 品可 靠性 的基 本
为 了提 高或保 证 汽车 产 品 的可靠性 及评 价 、验证
试 验方 法 ห้องสมุดไป่ตู้是车 辆在 比正常使 用 环境 苛刻 的条件 下进 汽车 产 品的 可靠 性而 进行 的 关于汽 车产 品故障及 其 影
行 的寿 命试 验 。在有 些文 献 中把 强化 试验 也称 为加 速 响 的各种 试 验 ，统称 为汽 车 可靠 性试验 。汽车 故 障，
Ｋｅ ｒ ｓ Ａｕ ｏ ｏ ｉ ； ｌａ ｌｔ ｅ ｔ Ｃｌ ｓ ｉｉ ａ ｉ ｎ： ｍｐ ｏ ｉ ｇ ｍｅ ｓ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｍ ｂ ｌ Ｒｅ ｉ ｂｉ ｙ ｔ ｓ ； ａ ｓｆ ｔｏ Ｉ ｒ ｖ ｎ ａ ｕ ｅ ｅ ｉ ｃ
车辆 可 靠性 强化 试验 技术 属 于可 靠性 强化 试验 的 可靠 性设 计 ］ 。
ｏ ｓ ｒ ｈ ｅ ｉｂ ｌ ｙ ｏ ｅａ ｔ ｍｏ ｉ ｅｐ ｏ ｕ ｔ ｓ ｅ ｅｖ ｎ ｒ ｎ ｒ ｔ ｎ ｉｎｓ Ｉ ｒ ｅ ｐ ｉ ｚ ｅｉ ｂ ｌ ｙ ｆ ｎ ｕ ｅｔ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｆ ｈ ｕ ｏ ｔｖ ｒ ｄ ｃ ｓｉ ｒ ｃ ｉ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ａ ｄｍｏ ｅ ａｔ ｔ ｅ ａ ｉ ｔ ｅ ｏ ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏ ｔｍｉ ｅｒ ｌ ｉ ｔ ｏ ａ ｉ
时 间，是指 某 一特 定使 用 时 间，如 可靠 性行 驶试 验 里 仅 要 求 汽 车 有 良好 的动 力 性 和 经 济 性 ，而 且 还 要 求 程 、保 用期 、第一 次大 修里 程及 报废 期 等 ；规定 的 功 汽 车 有极 高 的耐久 可靠 性 。统 计结果 表 明 ：汽 车绝 大 能 ，是指汽 车 产 品的 国际和 国 家标准 、 技术 法规 以及 部 分零 部件 的损 坏 是 由疲劳 造成 的 ，因此 ，可 以认 为
可靠性强化试验实施流程
受试产品故障处理
当受试产品在可靠性强化试验中出现异常或故障时，故障处理应按以 下的规定进行： 故障发生后，注意保护故障现场，故障定位后应尽量利用试验现场条件 验证定位的正确性； 现场人员应将故障现象、发现时机、试验应力等详细记录在相应的测试 记录表和故障记录表中； 应充分利用试验现场条件对受试产品进行故障分析、定位和修复；如果 现场无法对故障件采取措施，则可更换备件继续试验； 如果为元器件故障，则必须对故障元器件进行失效分析，找出元器件失 效机理，和失效原因，为合理使用元器件或改进设计提供依据，并落实 纠正措施和进行验证； 如果为其他故障，应认真分析原因、故障定位、采取纠正措施和进行验 证。
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破坏在A台阶出现功能或性 能参数不正常，则恢复至产品规范规定值上限值（或下限值）， 若受试产品功能或性能参数仍不能恢复正常，则A台阶为受试产 品的破坏极限。
破坏极限 destruct limit，DL 产品的—个或多个工作状态不再满足技术条件要求，但应力恢复至产品规范规定 值上限值（或下限值）后，产品也不能恢复正常工作的应力强度值（硬故障）， 破坏极限可分为工作极限上限（upper operating limit, UOL）和工作极限下限 （lower operating limit, LOL），对于振动试验，破坏极限只有上限值。
故障 处理
试验设备故障
受试样品故障
故障纪录 试验设备故障 排除 受试样机性能 测试 故障 稳定？ N
修复？ N
对样机有影响？
Y
继续观察
Y
故障分析定位
更换设备 Y
排除影响
现场可修 复/纠正？
N
Y N 故障修复/纠正措施
更换备件 继续试验？
N
可靠性试验体系
条件：良好的环境应力筛选应具备以下条件
工程试验-环境应力筛选-4
高加速应力筛选：
高加速应力筛选(highly accelerated stress,HASS)在国外已经得到了广泛的 应用，是环境应力筛选技术的又一个发展方向。主要利用较高的机械 应力和热应力，如快速温变率的温度循环和高强度三轴六自由度的随 机振动，它能比一般环境应力筛选更加快速、经济、有效地激发出产 品中的潜在缺陷。
偶然故障期
产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处 于平稳状态，可以近似认为故障率为常数。在这个时期产品的故障主要是 由偶然因素引起的。偶然故障期是产品的主要工作时间。
耗损故障期
在产品投入使用相当长的时间后，就会 进入损耗故障期，其特点是产品的故障率 随时间迅速上升，很快出现产品故障大量 增加直至最后报废。这一阶段产品的故障 主要是由损耗性因素引起的。在损耗起始 点到来之前停止使用并进行预防性维修， 这样可以延长产品的使用寿命。
其中，T为产品总的工作时间；N0为故障总次数 其中，产品的故障率为常数λ
概念-浴盆曲线
大多数产品的故障率随时间的变化曲线近似浴盆。 早期故障期
在产品投入使用初期，产品的故障率较高，且有迅速下降的特征。这一阶段 产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，产品投入使用后很容易较快地暴 露出来。可以采用环境应力筛选等方法来减少甚至消除早期故障。
可靠性试验技术
可靠性试验技术可靠性试验就是论证、验证、评价与分析产品的可靠性而进行的各种试验，它是评价分析产品可靠性的必要手段。
在研制阶段，通过改进可靠性试验中暴露的问题而使产品达到预定的可靠性指标；在定型阶段，通过可靠性试验可以全面考核产品的可靠性指标；在稳定生产阶段，通过可靠性试验可以验证质量的稳定程度。
通过可靠性试验还可以了解电子元器件在不同环境和应力条件下的失效模式，分析失效原因，找出薄弱环节，以达到提高可靠性水平的目的。
可靠性试验主要包括可靠性寿命试验、可靠性环境试验、筛选试验等。
可靠性寿命试验用以考核、评价和分析产品的寿命特征及失效规律，以便得出产品的平均寿命和失效率等可靠性数据，并作为可靠性设计、可靠性预测和改进产品质量的依据。
可靠性环境试验是考察和评价产品实际使用、运输和储存环境下的性能，分析、研究环境因素影响程度及其作用机理而进行的一系列试验，如气候(如风、雪等)、机械(如振动、冲击等)、生物(如霉菌)、辐射、电磁、人为因素(如使用、组装等)"试验条件和程序主要依据GJB548A——96微电子器件试验方法和程序的规定来实施。
GJB548A——96包括为确定军用及空间应用的自然因素和条件的抗损坏能力而进行的基本环境试验；物理和电试验；设计、封装和材料的限制；标志的一般要求;工作质量和人员培训程序；以及为保证微电子器件满足预定用途的质量与可靠性水平而必需采取的其他控制和限制。
通过环境试验能够在集成电路研制早期，评价其使用参数对各种环境强度的敏感性，探测可能发生的故障形式。
在研制后期，探索并验证其受环境强度影响下可靠性指标变化的规律。
传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法，这种试验方法的特点是模拟真实环境，考虑设计裕度，确保试验过关。
其缺陷在于试验的效率低，试验的资源耗费巨大。
加速环境试验是一项新兴的可靠性试验技术,它是利用高应力水平下的平均寿命去外推正常应力水平下的平均寿命，其关键是要建立加速曲线及描述该曲线的数学物理方程。
电子装备可靠性强化试验定量评估方法
f啄渊啄冤 或 fS渊S冤
应力 fS渊S冤
强度 f啄渊啄冤
滓s
滓啄
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
s 不可靠区域 啄
s袁 啄
图 3 可靠性强化试验一般实施顺序
图 1 应力与强度分布示意图
一般来说袁 全新产品的强度远大于其所经受 2 基于强化试验信息的可靠性提升效
的环境应力袁 但随着使用时间的增加袁 产品强度 会逐渐地衰退袁 强度分布曲线向左偏移而应力分 布不变袁 当某个产品的强度逐渐地低于遭遇的环
CAI Zigang袁 LIU Xiaoxi袁 GAO Mingzhe袁 Wang Douhui袁 LI Jin
渊CEPREI袁 Guangzhou 510610袁 China冤
Abstract院 In order to solve the problem that the improvement effect of reliability enhancement
收稿日期院 2019-05-14 作者简介院 蔡自刚 渊1985-冤袁 男袁 河南濮阳人袁 工业和信息化部电子第五研究所可靠性与环境工程中心工程师袁 硕士袁 主
要从事武器装备通用质量特性分析与验证技术研究工作遥
阅陨粤晕在陨 悦匀粤晕孕陨晕 运耘运粤韵X陨晕郧 再哉 匀哉粤晕允I晕郧 杂匀陨再粤晕
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文献标志码院 A
文章编号院 1672-5468 渊2019冤 S1-0035-05
doi:10.3969/j.issn.1672-5468.2019.S1.007
The Quantitative Evaluation Method of Reliability Enhancement Test for Electronic Equipment
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可靠性强化试验(RET)是一种采用加速应力的可靠性研制试验,目的是从根源上防治产品的潜在缺陷,快速提高产品的固有可靠性,也使产品耐环境能力得到提高。
在可靠性强化试验中，快速温变循环是常用的强化试验。
通过下图可以表明快速温变循环强化试验剖面。
一个完整的快速温变循环包括从室温开始、下降、低温下限保温、上升、
高温上限保温、下降、到室温停止、最后检测。
温度上下限：为使缺陷发展为故障所需的循环数最少，应选择最佳的上下限温度值。
通常，上下限采用高温工作极限减5℃为上限，低温工作极限加5℃为下限，或采用不超过产品破坏极限的80%为上下限。
温变率：下降或上升的温度变化率以复杂的方式影响试验强度，也影响试验时间，从而影响试验费用。
温度变化率一般在15℃/min到60℃/min之间。
上下限温度保持时间：包括元器件（零部件）温度达到稳定所需时间和在上下限温度浸泡时间。
由于循环主要考核产品耐受温度变化率的程度，而不是高低温极限，所以受试产品在上下限温度保持时间通常为10～20分钟，一般不超过30分钟。
温度循环次数：为了节约试验费用，循环次数不易太多。
当温变率为30℃/min时，试验循环次数一般不超过6次，如果试件在5～6个循环内还未出现故障，则应考虑增大温度变化率，重新开始试验。
在可靠性强化试验中，振动步进应力试验也是常用的强化试验。
通过下图可以表明振动步进应力试验剖面。
起始振动g值一般取1至5Grms。
第一段横线是每步振动驻留时间，一般5至10分钟。
关于功能性能测试，有条件的可以连续监测，无条件的可以振动后进行检测。
每个台阶的高度是步长，开始前两步的步长可以大一些，如5Grms，后面的步长小一些，如1Grms。
这个绿色的横线是工作极限，是怎么找到的呢？当在B台阶监测/检测到性能异常时，则恢复到前面的A台阶振动并检测，若性能正常，则A台阶就是工作极限。
这个红色的横线是破坏极限，是怎么找到的呢？经过几步检测后，当在C 台阶监测/检测到性能失效（注意不是异常）或结构损坏时，则恢复到前面的A 台阶振动并检测，若性能失效，则停止振动并检测，若性能仍失效，则C台阶就是破坏极限。