電子產品的可靠性評價,是對電子產品根據其可靠性模型、結構、材料、工作環境等信息定量估計其組成單元及系統的可靠性水平,是對電子產品可靠性評估的有效工具。目前,可用于電子產品可靠性評價的方法有很多種,包括應力分析法、元器件計數法、專家評分法、相似產品法、馬爾科夫法、故障物理法、性能參數法、圖解法、有源組件法、上下限法、蒙特卡羅法、故障樹法等。在對工程實踐中常用的電子產品(硬件)的可靠性評價方法分類后,主要將可靠性評價方法分為兩類——基于故障率經驗模型的方法(可靠性評價手冊或標準的采用的方法,因此也成為基于手冊的方法)和基于故障物理模型的方法。但在工程界至今仍然沒有形成關于電子產品可靠性評價的統一的方法論。
基于故障率經驗模型的可靠性評價方法主要是指基于MIL-HDBK-217F手冊的評價方法,主要有:PRISM,RIAC-HDBK-217 PlusTM,Telcordia SR-332,CNET RDF2000(IEC-TR-62380(2004)),Simens SN 29500-1999,IEEE Gold book Std 493TM-2007,GJB/Z 299C-2006,GJB/Z 108A-2006,FIDES Guide 2009。主要基于失效概率統計的方法進行失效率計算。基本方法是在各種基礎失效率的基礎上,利用環境、制程、工作應力相關的多種修正因子,對基礎失效率進行修正,并得到最終的元器件失效率,在此基礎上,再利用系統參數修正得到設備或系統的失效率(若有)。
基于故障物理(Physics of Failure)模型的方法是指根據電子產品的應用環境和設計、工藝等信息,構建應力-損傷模型。基于此模型對電子產品進行可靠性評價。目前,常用的基于PoF模型的評價方法主要應用在元器件和電路板級。因為PoF方法不能對整個系統構建故障機理的物理模型,實施難度較大,所以不能作為唯一的方法來使用。所以,至今沒有完全基于失效物理模型的可靠性評價方法和統一標準,主要以探索與建議為主。目前設計到PoF方法的標準有:IEEE1413.1,IEEE1413-2010。給出了可靠性評價建議的輸入對象和因素。IEEE1413.1中對各類可靠性評價方法有概括性的介紹,并且對各類方法進行對比后,認為基于應力損傷和失效物理的可靠性評價方法更符合IEEE1413對可靠性評價的建議,但并未給出具體、詳細的計算方法和模型。
值得一提的是,很多方法在嘗試將基于故障率經驗模型和故障物理模型的方法進行結合使用,目前主要的做法是基于故障物理模型計算環境影響參數,并代入整體故障率經驗模型進行修正,比起傳統的按照經驗對修正參數進行賦值,這種方法考慮了環境因素,對修正參數的取值更加合理。
在這些方法中,應用最合理、考慮故障物理因素最全面的是FIDES Guide 2009。FIDES評價方法考慮了目前電子產品的主要影響應力類型和失效模式,將器件/系統的工作環境剖面量化,明確了溫度、溫循、機械、濕度等幾方面應力的施加條件,代入失效模式對應的典型失效物理模型,計算修正因子,用于對器件失效率的修正。與傳統的217、299C和RDF2000等相比,此種修正方式更接近于器件/系統的真實工作環境和失效過程,對電子產品的可靠性評價更有指導意義。
但總體上,FIDES方法認為:雖然微觀上來看,失效機理不能嚴格滿足“恒定失效率”,但對于許多離散的失效機理,隨著累積和時間的推移,在所考慮的一段時間范圍內可以認為失效率是恒定的。即使在單板上,元件的大量和多樣性的積累也使得故障率接近一個常數。在同一系統中的設備之間的壽命差異往往會使系統級的失效率為常數。對于系統可靠性的評估,利用恒定的故障率仍然是最推薦的方法。因此FIDES 2009等依然是基于217的失效率計算方法,即在器件基礎失效率的條件下進行修正得到可靠性評價結果。
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原文標題:【融融元器件】電子產品可靠性評價方法簡介
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