可靠性測試方法在電子產品中的應用研究

黃海月

浙江科正電子信息產品檢驗有限公司

可靠性測試方法在電子產品中的應用研究

黃海月

浙江科正電子信息產品檢驗有限公司

電子產品的可靠性是影響其產品質量的關鍵因素之一，而且隨著控制系統大型化，涉及眾多電子元件，其單個元件的故障會影響整個系統的正常工作。因此近年來對元件可靠性能的重視程度越來越高，需要在預定的環境和滿足可靠性指標的條件下，對電子產品可靠性進行測試，世界各發達國家已把可靠性技術和全面質量管理緊密地集合起來，以提高產品的可靠性水平。

可靠性測試；電子產品；應用

可靠性測試的目的是盡早地發現產品在設計﹑生產過程中的產品的缺陷。越在產品開發早期控制好單元模塊的可靠性越能使產品在開發后期獲得較高的可靠性。電子產品作為國家產業化升級的重點，同時又是國民經濟的支柱產業，其可靠性受到了前所未有的重視。由于科技的發展，電子設備的系統日趨復雜，這對電子系統的可靠性特別是大型電子系統的可靠性提出了很大的挑戰，需要我們對此做出行之有效的應對。

1 可靠性試驗的定義

為了評價分析產品的可靠性而進行的試驗稱為可靠性試驗，也可以定義為：在實驗室里模擬現場工作條件和環境條件進行試驗，以此確定產品的可靠性的方法。

(1)早期失效期(Infant Mortality)也稱為恒定失效期，表明產品的初期失效率很高，但隨著工作時間的增加，失效率迅速降低。這一階段失效的原因大多是由設計﹑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間，產品應在投入運行前進行試運轉，以便及早發現﹑修正和排除故障；或通過試驗進行篩選，剔除不合格品。(2)偶然失效期(Random Failures)也稱隨機失效期，這一階段的特點是失效率較低，且較穩定，往往可近似為常數，產品可靠性指標所描述的就是該時期，這一時期是產品的良好使用階段，偶然失效主要的原因是質量缺陷，材料弱點，環境和使用不當等因素引起；(3)耗損失效期(Wear-out)，送個時期的失效率隨時間的延長而急速增加，主要原因是產品壽命已經接近盡頭(可能由磨損，疲勞等引起)，產品的失效非常嚴重，可進行適當的維修或直接將其更換。

2 可靠性試驗技術

2.1 環境試驗

環境試驗屬于工程試驗的范疇，它是評價產品在實際使用﹑運輸和存儲環境條件下的性能，并用于分析﹑研究環境因素影響程度及其作用機理的試驗。通過人工模擬環境試驗，利用試驗設備創造一個或多個環境影響因素，以評估在使用﹑存儲﹑運輸中的主要的環境影響下被試產品的適應能力。根據設備要求可參考 GB2424《電工電子產品基本環境試驗規程》或 GJB105《軍用設備環境試驗方法》中相應的規定內容進行試驗和檢測。具體測試項包括+振動試驗﹑沖擊試驗﹑加速度試驗﹑低溫試驗﹑高溫試驗﹑溫度沖擊試驗﹑濕熱試驗﹑鹽霧試驗﹑低氣壓試驗﹑輻射試驗等。如果我們的設備工作于特殊的環境條件下，而在標準中未曾提及相應環境試驗項，則我們也需要進行相應的模擬環境試驗，以確保環境試驗的完備。

2.2 設計測試用例

在實施軟件可靠性測試過程中，涉及到測試環境準備﹑操作剖面構造﹑測試案例生成等技術和方法。要求按照軟件的操作剖面進行測試，測試結果使用軟件可靠性模型進行評價。其中，操作剖面的構造是進行可靠性測試的基礎。操作剖面是描述用戶如何使用軟件的一種技術，通過構造軟件的操作剖面可以指導軟件可靠性測試工作過程，獲得理想的測試結果。而如何準確高效地構造出切合實際的軟件操作剖面就成為軟件可靠性測試工作中的一個關鍵環節。傳統構造軟件操作剖面的方法是自頂向下對軟件的功能和使用進行不斷細化，然后確定相關概率的方法獲得的；現在隨著軟件工程方法的日益成熟，軟件建模技術的應用也更加廣泛，產生了使用UML，技術構造軟件操作剖面的方法。UML是一種統一的標準建模語言，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用戶需求，為系統功能的細化和軟件操作剖面的建立提供了一種便利的方法。在申報平臺系統中，使用UML技術建立軟件剖面。用例剖面是指由UML用例圖定義的軟件用例及其發生概率所組成的集合。場景剖面是對系統執行特定操作的描述，是用例實例化的結果。

2.3 加速壽命試驗

ALT( Accelerated Life Test加速壽命試驗)試驗屬于統計試驗的范疇，它是目前發展較成熟的一種可靠性試驗技術，由壽命試驗發展而來，其試驗前提是在試驗應力下被試產品的失效機理不變，其試驗的理論基礎是在不同應力水平下的試驗只改變被試產品壽命分布的參數，而不改變其壽命分布的類型。在進行ALT試驗中要給出表述產品壽命分布參數與應力水平之間的關系式，即所謂的加速方程或加速模型，這樣才能將產品在高應力下的壽命分布轉化為止常應力下的壽命分布。在試驗過程中應根據產品技術規范確定的失效標準來判斷受試樣品是否失效，并盡景記錄每個失效樣品的準確失效時間。

HALT試驗采用對樣品系統地施加步進應力的方法，讓樣品承受逐步增加的環境應力(振動﹑溫度和濕度等)﹑附加應力(電源周期通斷﹑電壓拉偏和頻率拉偏等)和工作應力(開關器件的開合頻率等)來快速暴露設計上的缺陷或薄弱環節，確定產品的工作極限和破壞極限，從而在短期內為產品設計改進提供高效的信息)高加速應力篩選HASS試驗以HALT試驗為基礎，它是專為清除生產過程中引入的產品缺陷而設計的最快最有效的篩選過程，它能在很短的時間內激發出產品在外場可能出現的各種早期失效形式，從而有效縮短篩選時間。

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

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[2] 張建平.威布爾分布下VFD恒定應力加速壽命試驗與統計[M].2010，4(2)，205-209.

[3] 劉洋.基于測試結構的CMOS工藝可靠性評價方法研究[D].電子科技大學，2016.