可靠性评价规范.docx
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可靠性评价规范
目录
1.目的....................................................................................3
2.范围....................................................................................3
3.定义....................................................................................3
4.内容....................................................................................3
5.可靠性指标..............................................................................3
5.1可靠度R（t）.............................................................................3
5.2平均无故障工作时间MTBF.................................................................3
5.2失效率（故障率）λ（t）.................................................................4
6.可靠性预计..............................................................................5
6.1元器件计数可靠性预计...................................................................5
6.1.1建立可靠性预测模型...................................................................5
6.1.2元器件计数可靠性预测法...............................................................6
6.1.3建模.................................................................................6
6.1.4统计.................................................................................6
6.1.5查表.................................................................................6
6.1.6计算.................................................................................6
6.2元器件应力分析可靠性预测法.............................................................10
6.3试验法预测可靠性.......................................................................10
7.机械测试................................................................................10
7.1振动试验...............................................................................11
7.2冲击试验...............................................................................11
7.3跌落试验...............................................................................11
7.4碰撞试验...............................................................................12
8.环境试验................................................................................13
8.1高温存储试验...........................................................................13
8.2低温存储试验...........................................................................13
8.3高温工作试验...........................................................................13
8.4低温工作试验...........................................................................13
8.5高温高湿试验...........................................................................14
8.6高低温热循环试验.......................................................................14
8.7交变湿热试验...........................................................................15
8.8高温老化试验...........................................................................15
8.9高低温冲击试验.........................................................................16
9.极限测试................................................................................16
9.1非损坏性极限测试.......................................................................16
9.1.1温度极限测试.（不包括过温保护锁死的产品）..........................................16
9.1.2输出短路与深度限流测试（不包括过流保护锁死的产品）..................................16
9.1.3输入反复开关机.......................................................................17
9.1.4输出负载跳变极限测试.................................................................18
9.2损坏性极限测试.........................................................................18
9.2.1高温极限测试.........................................................................18
9.2.2低温极限测试..........................................................................18
9.2.3输出过压保护极限测试.................................................................18
9.2.4输入极限稳态高压.....................................................................19
9.2.5低温步进试验.........................................................................19
9.2.6高温步进试验.........................................................................20
9.3HALT测试
10.引用标准................................................................................21
1.目的
为规范开关电源的可靠性评价，特制定本文件。
2.范围
适用于品质中心品保部在新产品评价或周期性产品评价期间对开关电源进行的可靠性评价。
3.定义
3.1.可靠性：
指产品在规定的时间内，规定的条件下，完成规定功能的能力。
3.2.MTBF：
Meantimebetweenfailure平均无故障时间。
3.3.HALT：
HighlyAcceleratedLifeTest高加速寿命测试（HALT测试在研发的早期阶段开始，一般在EVT阶段与DVT阶段进行。
）
3.4.HASS：
HighlyAcceleratedStressScreening高加速应力筛选（HASS应用在产品的生产阶段，以确保所有在HALT中找到的改进措施能够得已实施；同时，HASS还能够确保不会由于生产工艺和元器件的改动而引入新的缺陷。
）
3.5.EVT：
EngineeringVerificationTest工程验证测试
3.6.DVT：
DesignVerificationTest设计验证测试
3.7.工作极限：
在定量确定有关应力对可靠性影响的加速试验过程中,施加于产品的工作应力极限。
在可靠性
试验过程中，环境应力超过这极限值，产品失效，不能正常工作，当环境应力恢复正常值时，产品又恢复正常，并能正常工作。
破坏极限：
产品能在其范围内工作而不出现不可逆转失效的应力极限。
当环境应力超过这极限时，产品破坏，即使恢复到正常工作条件，产品也不再能正常工作。
工作极限与破坏极限，如下图所示：
4.内容
可靠性评价包括：
可靠性预计、机械测试、环境试验和极限测试。
5.可靠性指标
5.1.可靠度R（t）
可靠度是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概念。
一批产品的数量为N，从t=0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n（t）逐渐减少，用R（t）表示产品在任意时刻t的可靠度。
R（t）=e-λt
式中：
e----自然对数的底（近似为2.7183）；
λ----在规定的温度、应力、环境等工作条件下的产品失效率，失效率是时间t的函数；
t-----在规定的工作条件下产品处于风险状态的时刻，该时刻通常称为任务时间。
5.2.平均无故障工作时间MTBF
平均无故障工作时间是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称平均故障间隔。
它仅适用于可维修产品。
5.3.失效率（故障率）λ（t）
失效率是指某产品（零部件）工作到时间t之内，在单位时间Δt内发生失效的概率。
它反映t时刻失效的速率，也称为瞬时失效率。
失效率是失效间隔时间的倒数，也就是：
λ=1/MTBF
对产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率（也就是失效率是时间的函数），其失效率符合“浴盆
曲线”分布（如下图）：
浴盆曲线分为三部份：
早期失效期（T0-T1）、偶然失效期（T1-T2）、耗损失效期（T2以后）。
5.3.1早期失效期（Earlylifefails）：
早期失效出现在产品寿命的较早时期，产品装配完成即进入早期失效期，其特点是故障率较高，表明产品在开始使用时,失效率很高,但随着产品工作时间的增加,失效率迅速降低,这一阶段失效的原因大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。
早期失效可通过加强原材料和元器件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施加以暴露与排除。
为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现、修正和排除故障；或通过
试验进行筛选，剔除不合格品。
在研发阶段的设计验证过程，通过可靠性测试—应力分析、环境测试、极限测试、DFEMA、HALT测试等试验方法，找出设计过程的缺陷。
在批量生产阶段，通过来料控制、提高工艺流程、老化筛选、ORT等方法，剔除在来料与制造过程引起的失效。
5.3.2偶然失效期
偶然失效期是能有效工作的时期，这段时间称为有效寿命，也称随机失效期（RandomFailures）：
这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似看作常数，产品可靠性指标所描述的就是这个时期，这一时期是产品的良好使用阶段,偶然失效主要原因是质量缺陷、材料弱点、环境和使用不当等因素引起。
设计阶段通过应力法对产品的寿命（MTBF）进行预计与评估（参考下文的可靠性预计），确保MTBF数据满足技术规格要求；在批量生产的产品通过产品寿命测试试验来验证产品的实际寿命与预计的是否一致。
5.3.3耗损失效期
耗损失效期（Wearout）：
该阶段的失效率随时间的延长而急速增加,主要由磨损、疲劳、老化和耗损等原因造成。
6.可靠性预计
可靠性预计的方法随不同的研制阶段而异，在电源初期设计阶段，由于对电子元器件还毫无所知，
此时所能进行的只能是粗略的估计，一般采用元器件计数预测法。
在电源设计已基本完成，电路原理图已定型并已有所用电子元器件的应力数据时，可采用元器件应力分析法进行比较细致的预测。
6.1元器件计数可靠性预测法
6.1.1.建立可靠性预测模型
模型可分为串联、并联和混联等。
而可靠性串联是最常用的和最简单的。
很多工程系统都是以可靠性串联系统为基础的。
串联系统的方框图如图1-1所示。
输入
输出
λ1λ2λm
图1-1串联系统方框图
就开关电源而言，均可视为串联系统，图1-1中的S1、S2⋯Sm代表电源中的各个功能单元，而λ1、λ2⋯λm代表电源中的各个功能的单元失效率。
式中λm—第M个单元的失效率；
λG—第i种元器件的通用失效率；
πQ—第i种元器件的通用质量系数；
Ni—第i种元器件的数量；
n—第m个单元所有元器件种类的数目。
在计算出各单元的失效率后，将其相加便得到电源的总失效率λ
式中i—电源中单元的数目。
6.1.2.元器件计数可靠性预测法
式（1-2）给出了电源总失效率的计算公式，从式中可知，采用此种方法所需的信息有：
所有元器件的种类和数目、元器件的质量等级、元器件的通用失效率。
元器件的种类和数目在电源设计中可基本确定，为提高电源的可靠性，应尽量减少元器件的种类
和数目。
6.1.3.建模
开关电源按功能可分为：
功率变换单元、控制电路单元、保护电路单元、输出整流滤波单元和辅助电源单元。
根据开关电源的工作方式，把它归于可靠性串联系统，共有以上五个单元组成。
我们把五个单元的失效率依次分别表示为：
λ1、λ2、λ3、λ4、λ5。
6.1.4.统计
列出各个单元每类电子元器件和数量。
6.1.5.查表
查出各类元器件的通用失效率。
按照客户要求来决定用何种标准，现在常用的有：
美军标（MIL-HDBK-217FNOTICE2）和TELCORDIAISSUE1（TELCORDIASR-332）；如果是国产电子元器件就要选用国军标（GJB/Z299B）。
再根据标准查出每类元器件的通用失效率和质量系数并计算出每个单元的单元失效率。
从中我们就能从失效率结果中看出各个单元的失效率在总的失效率中所占的比重，并进行适当的改进，使产品的可靠性更好。
6.1.6.计算
按下列公式算出电源的总失效率λ
式中α是补偿系数，用来补偿未被统计进去的失效因素。
一般α取0.01-0.1。
根据式（1-3）计算出该电源的平均无故障时间MTBF：
λ=（1+α）⨯（λ1+λ2+λ3+λ4+λ5）
表1-1至表1-5给出了在开关电源中常用的电子元器件的通用失效率。
6.2.元器件应力分析可靠性预测法
当开关电源的设计基本完成并具备了所有元器件应力数据的元器件清单时，可利用元器件应力分析可靠性预测法。
此时的元器件失效率模型比元器件计数法更为准确，更适宜电源正常工作时的情况。
在采用元器件应力分析法时，要把电源每个单元中元器件和元器件的应力（环境温度、工作电压和功耗等）统计出来，对元器件的基本失效率加以修正，得到工作失效率。
将单元中的全部元器件的工作失效率相加得到单元工作失效率，最后将各单元的工作失效率相加得到电源的总工作失效率。
下面分别给出各种电子元器件的工作失效率模型。
6.2.1．场效应管、三极管、二极管、电容和电阻工作失效率模型
λp=λb×πT×πS×πQ（1-5）
6.2.2．IC、变压器、电感工作失效率模型
λp=λb×πT×πQ（1-6）
公式中λp—电路的工作失效率；
λb—电路的基本失效率；
πT—温度应力系数；
πS—电气应力系数；
πQ—质量系数。
6.2.3．参数说明
λb系数是贝尔实验室通过实验和利用统计学的工具对各种组件的失效率系数得出的数据，在标准中有列出各种组件失效率的表格，据组件种类、功率、材质可由表中查得λb。
πT
T0：
参考温度OK=40+273
T1：
工作温度OK=C+273
Ea:
加速系数
K=8.62*10-5
其中Ea是一个随组件类型，材质不同而变化的曲线，我们需要根据组件的类型、材质、功
率从表格中查出此组件的Ea是在曲线中的第几个点中的读数。
πS
πS=em*（p1-p0）（1-8）
P1=实际应力
P0=参考应力（为50%）
m=补偿系数
其中m是一个随组件类型、材质不同而变化的曲线，我们需要根据组件的类型、材质、功率
从表格中查出此组件的m是在曲线中的第x个点中的读数。
6.2.4．实例
估算一个三极管的λp，此三极管的电压应力是70%,管体温度是60℃，额定功率是3W，硅材料，NPN型。
查表1-8可知λp=6，温度应力为4,电气应力为E。
查表1-9温度应力曲线表可得Ea=0.22，将其代入式1-3中得到πT
查表1-10电气应力曲线表可得m=0.024，将其代入式1-4中得到πS
将πT、πS代入式1-1中得出λp
表1-8三极管的基本失效率
表1-9温度应力曲线表
表1-10电气应力曲线表
6.3.试验法预测可靠性
从《GB5080.7-86设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证方案》中选择方案实施。
7.机械测试
7.1振动试验
7.1.1．测试要求
样品在三个互相垂直的安装方向上能经受频率为5～500HZ，加速度参考下表，
每个方向依次30分钟的振动后，检查有无机械损伤、断线、部件脱落等现象，并对各项性能指
标进行检测。
方向
频率（Hz）
ASD（m2/s3）
持续时间（min）
垂直
5-10
13
30
10-200
3
200-500
1
横向和纵向
5-10
10
30
7.1.2．测试步骤
a.初始检测：
按产品规格书要求以及进行设备中各部件的外观检测和电气性能指标的检测。
b.试验：
将样品直接安装或通过夹具安装在振动测试台上，按规格书中对振动试验的要求，调好试验设备的振动频率及加速度（或振幅），然后开机进行振动测试。
c.试验后测试：
振动结束后，按产品规格书要求对样品进行外观、结构检查和电性能指标的检测。
7.1.3.判定标准
a.表面不应有裂痕、破裂或其它结构性损坏，电性功能应符合规格书要求；
b.PCB’A上铜箔不应出现翘皮、断裂等不良现象，元器件不应有损坏、脱焊等不良现象；
7.2冲击试验
7.2.1．测试参数
冲击波形
半正弦波
峰值加速度
300m/s2
脉冲宽度
6ms
冲击轴向
3轴向
冲击次数
每个轴向正负各3次
7.2.2．测试步骤：
a.初始检测：
对试验样品进行外观、结构检查及性能指标检测
b.试验：
将样品直接或通过夹具固定在冲击台面上，按冲击要求调好冲击加速度，对样品的三个互相垂直的轴线的每个方向连续冲击6次（共18次）试验。
c.试验后测试：
冲击结束后，对样品进行外观、结构检查和对电气性能指标进行检测。
7.3跌落试验
7.3.1纸箱包装的跌落试验高度
重量kg
跌落高度cm
≤15
100
15-20
80
20-30
60
30-40
50
40-50
40
50-100
30
跌落面数：
6个面
跌落次数：
每个面1次
包装最易损伤的角跌落1次
7.3.2.礼品/小包装的跌落试验高度
大类
小类
跌落试验高度
消费类电子
插墙式电源供应器（在安规分类中属于直插式设备。
）
100cm
桌面式电源供应器（在安规分类中属于可携带式设备。
）
LED电源
最易损伤的面跌落1次
最易损伤的角跌落1次
最易损伤的棱边跌落1次
7.3.3.未包装的电源单体跌落试验高度
大类
小类
跌落试验高度
消费类电子
插墙式电源供应器（在安规分类中属于直插式设备。
）
100cm
桌面式电源供应器（在安规分类中属于可携带式设备。
）
100cm
LED电源
100cm
最易损伤的面跌落1次
最易损伤的角跌落1次
最易损伤的棱边跌落1次
7.3.4.测试步骤：
a.试验前样品应按相关的规范的规定进行目视检查、电性及机械检验；
b.将样品悬吊至预定高度，试验高度为样品与跌落面最近的点的距离；
c.将样品自由落下；
d.试验后样品应按相关的规范、标准或规格书等的要求进行目视检查、电性及机械检验。
7.3.5.判定标准：
a.外包装箱可以有刮伤、擦伤、折皱，但不能有结构性的裂开、损坏；
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