电子元器件失效率鉴定试验

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1　置信度与失效率

5 J$ _' b3 p; h" D要了解经过筛选的元器件或材料产品可靠性究竟如何，还必须从该批产品中抽取一定数量的样品，进行失效率鉴定试验，特别是有可靠性指标的产品，其失效率等级的确定、升级都要经过这类试验，来加以确认。失效率试验分为：定级试验，即首次确定产品的失效率等级而进行的试验；维持试验，即为证明产品的失效率等级仍不低于定级试验或升级试验后所确定的失效率等级而进行的试验；升级试验，即为证明产品的失效率等级比原定的失效率等级更高而进行的试验。
对电子元器件产品的失效率试验，一般从五级开始，试验条件应在产品技术标准所规定的额定条件下进行，因为鉴定试验所确定的失效率等级是一个基本失效率，而不是产品使用条件下的失效率。
, O0 G$ W" z/ d2 X在确定失效率等级时还有一个置信度的选取问题，定级和升级试验的置信度一般取60%，只有在有特殊要求时，才选取90%。这是因为失效率试验的抽样方案与一般质量检验的计数抽样方案不同，即当产品的真实失效率等于某一等级的最大失效率时，它不应看作不合格的失效率。因此，如果置信度取高了，就会增大把本来符合某一失效率等级要求的产品鉴定为不合格的概率。以5级定级试验为例，若C（允许失效数）为1，置信度取60%，则真实失效率为0.5×10-5/小时的产品被鉴定为5级的概率只有73%；若置信度取90%，则同批产品被鉴定为5级的概率仅为42%。显然，置信度取得太高，把本来合格的产品判为不合格的概率增大，这对生产方不利。但是也不能把置信度取得太低，否则，可能增大把失效率等级不合格的产品判为合格的概率，这对使用方危险性增加。另外，要求产品的失效率属于某一级水平，总不能按这一等级的最大失效率来交付产品，必须要求产品的实际失效率远低于定级试验的最大失效率，才能被顺利通过。
此外，如果元器件失效率的置信度取得过高，那么利用元器件的失效率数据对设备或系统进行可靠性预计时，得出的设备或系统的故障率置信度就更高，导致预计结果会过于保守。同时，为了得出同样的结论，试验所需要的时间和费用均随置信度的提高而增加，因此元器件失效率的置信度不能取得太高。
8 C* ]- |& N$ t在维持试验时，置信度取10%，这是因为维持试验是建立在定级试验合格的基础上进行的，因而要求上可以放宽些，从而以较小的代价来对产品的失效率进行监视。为了弥补置信度取得较低的缺陷，规定维持试验的允许失效数不准取零。同时，维持试验是连续采取的，失效率处于临界状态的产品要能连续通过几个周期的维持试验都合格的概率是不大的。也就是说，把处于临界状态的产品，甚至不合格的产品判为合格的可能性不大。例如，产品的真实失效率为1×10-5/小时，要通过5级的定级试验（置信度为60%）及连续三次5级维持试验的概率是0.4×0.9×0.9×0.9=0.29，即不到30%；如果定级试验用的置信度是90%，那么三次5级维持试验合格的概率只有7.3%。
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2　试验方案的要求
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有可靠性指标的元器件在产品技术标准中对试验方案都必须有明确规定，它包括：
1） 试验内容与试验条件；
% d9 A* ^8 o! P# x. V/ s/ j/ ]6 G2） 试验项目、测试条件及测试周期；
2 G% e" {& y1 `% @5 V0 }3） 失效标准；
4） 置信度选取要求；
# n5 ?& M: Z2 p3 F, E- `5 o2 j" {0 O5） 试验时间及所需样品数；
6） 加速试验的加速条件与加速系数；
7） 维持试验的维持周期。
必须特别指出：
7 n" T) P3 Y* R6 s. g! H' Z1） 所有鉴定试验的样品必须从经过筛选合格的产品中随机抽取；
2） 若采用加速试验，则加速失效机理与正常失效机理是相同的，并且用定量方法确定出加速系数。对于6级或6级以下的试验，额定条件下试验的元件小时数应不少于试验总元件小时数的1/3；对于高于6级的试验，额定条件下试验的元件小时数应不少于试验总元件小时的1/10。对于加速试验的元件小时数应乘以加速系数，以便折算成额定条件下的元件小时数；
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/ K/ E  B, m6 T5 z, T. G4） 按规定条件（额定或加速）进行试验，直到达到累计的元件小时Tn时为止。
6 ^( c+ F7 t- o8 u关于额定或加速试验问题，我国国标GB 1772—1979电子元器件失效率试验方法中已经明确加以规定，之所以这样规定，是因为确定失效率等级的试验工作量较大，所需试验的元件小时数随失效率的减少而成比例地增高，采用加速试验可以缩短试验时间。但是，为了使鉴定的结论准确可靠，必须要求加速试验的失效机理与额定试验的失效机理相同，加速系数比较准确。在目前这两个问题还没有充分解决的前提下，采用加速试验和额定试验同时进行的办法，而且保证额定试验的元件小时数有相当的比例。
5） 将试验中出现的失效数r与允许失效数C比较，若r≤C，则定级试验合格；若r>C，则定级试验不合格。
2.维持试验
" q, ?1 G! t: |" Z: g6 G当定级试验合格的产品投入批量稳定生产后，就不必再按上述定级试验程序来判断产品是否保持原鉴定的失效率等级，而只需要按规定的维持周期进行该等级的维持试验。这是因为失效率等级鉴定方案所要求的总试验元件小时数较大，多次进行这样的鉴定是有实际困难的。另外，在定级试验中，试验一般都要求得严一些，也就是，产品实际失效率比该级允许的最大失效率低得多。在严格按规范要求进行生产时，就不必每批都进行定级试验。维持周期分Ⅰ、Ⅱ组，如表3.22所示，其程序如下：
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2 M0 e  m% o& \3 p, y" g( S1） 确定允许失效数；
2） 根据产品已试验合格的失效率等级及允许失效数由表3.22查出所需的总试验元件小时数Tn；
3） 根据总试验元件小时数确定试验时间t及试验样品数n；
. c, |8 u* I$ A/ J7 n4） 按规定条件（额定或加速）进行试验，直到累计的元件小时数达到Tn为止；
& ~7 C, w; R# q! r+ r5） 将试验中出现的失效数r与允许失效数C比较，若r≤C，则维持试验合格；若r>C，则维持试验不合格;
5 @$ V4 Q2 @8 R8 N* ]6） 维持试验合格，则应继续按产品标准进行维持；若维持试验不合格，则应重新进行定级试验，确定其失效率等级。
! d3 o6 @1 w% s3.升级试验
! Y- G0 ^0 Y- _- Q7 w2 f/ K当产品性能和可靠性优良的元器件经定级试验合格后，可继续进行升级试验，升级试验的数据可以将定级试验和维持试验的样品进行延长试验，以及为升级试验新投入的样品进行试验所获得数据累积而得到。其试验程序如下：
' o: M/ e1 d2 g; |0 A* t4 c! @. E1） 确定待升级的失效率等级（一般比原定的等级高一级）、置信度、允许失效数C，置信度和允许失效数选定后，试验过程中不得更换；
; z7 [2 i( i( U( ^; z& V+ \5 C2） 根据失效率等级、置信度和失效数，由表3.20和表3.21查出所需的总试验元件小时数Tn；
2 |" \5 Z. @- G0 X3） 根据总试验元件小时数确定延长试验的时间和为升级试验需投入的样品数和试验时间；
' F3 _4 _9 b! X4 k" \4） 按规定条件（额定或加速）进行试验，直到累计的元件小时数达到Tn为止；
5） 将试验中出现的元器件总失效数r与允许失效数C比较，若r≤C，则升级试验合格，转入维持试验；若r>C，则升级试验不合格，应重新进行定级试验，确定其失效率等级。
上述试验中，允许失效数C如何选择？从表3.20和表3.21可知，要达到同一鉴定目的，可以选择不同的C。例如，在表3.20中，定级试验中鉴定5级失效率的产品，若选C为0，对应的Tn为0.0916×106元件小时，若选C为1时，Tn为0.0202×106元件小时，等等。可以看出，若C越大，则总元件小时数Tn越大，因而需要增加试验时间和试验样品数，使试验费用增加。但从另一方面说，对于选取不同C和Tn的方案，产品通过鉴定的概率是不同的，如对应于α为5%，即以95%的概率通过5级定级的产品实际失效率如表3.23所示。


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2 ]* y% L& @9 S# |. @# b事实上，其实际的失效率已经是6级了，这对生产方当然是不利的。如果选用C为5的方案，则当实际失效率为0.42×10-5/小时时，就有95%的概率通过，但相应的Tn值比C为0时大了7倍，因此，应根据试验时间的可能限度、投入试验样品的限制，选择适当的C值。
1 `9 a6 x6 a! O9 Q- Y# \" U如果试验过程中需要对被试样品进行测试，根据我国现行规定，测试周期应从表3.16给出的系列中选取，即不是任意时间随意测试。对于测试中观测到的失效产品，其失效时间应按等间隔公式进行分配，即tj=ti-1+ti-ti-1Ki+1j13Tn≈130000(元件小时)因为试验要求2000小时后下结论，所以额定试验需要元件数是n1=1300002000+1=66（个）而2/3的元件小时数由加速试验来完成，则n2=26000025×2000+1=5.2+1（个）选n2=7，即抽取66个元件进行额定试验，抽取7个进行加速试验，在2000小时后看失效数是否大于1。若r≤1时，则鉴定合格；若r>1，则鉴定不合格。这里计算n1、n2时，分别多加1个，这是考虑到试验过程中允许发生一只失效，若不多投入1只样品进行试验，则到2000小时时不能累计达到所需Tn值，在近似值取值时，也应是不足1时，均要取1。
+ p2 p* F4 @; R$ p〖TPLFK.TIF;S*9,Z%]例3.4某型号电阻已通过5级定级试验（置信度为60%，C=1，抽取102个样品试验了2000小时，样品无1个失效）。现要进行6级的升级鉴定，准备将5级试验的102个样品继续试验到10000小时，另外，每月再抽取若干个样品投入试验，要求与原来的102个样品共同达到10000小时之后试验结束，并得出结论，问升级试验方案如何安排？
解：
设升级试验的置信度取60%，允许失效数C=1，查表3.20可得Tn=2020000（元件小时）因为对102个样品继续试验到10000小时，可以得到累计试验时间为T1=102×10000=1020000（元件小时）尚少T2=2020000-1020000=106元件小时，需要从每月产品中抽取样品投入试验来完成。因为从开始每月抽取样品到试验结束还要试验8000小时，约近一年时间，若每月抽取K个样品，那么第1个月可累计试验时间为720K元件小时，第2个月可累计2×720K元件小时，……第12个月可计12×720K元件小时，显然12个月中，每月抽K只，试验结束共累计时间T2=720K(1+2+3+…+12)=106所以K=17.8（个）选K=18，即只要每月抽取18个样品投入试验，到试验结束后，总的失效样品数r≤C=1，则升级试验合格，否则升级试验不合格。

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要了解经过筛选的元器件或材料产品可靠性究竟如何，还必须从该批产品中抽取一定数量的样品，进行失效率鉴定试验，特别是有可靠性指标的产品，其失效率等级的确定、升级都要经过这类试验，来加以确认

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有可靠性指标的元器件在产品技术标准中对试验方案都必须有明确规定

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失效率试验分为：定级试验、维持试验、升级试验