产品可靠性研究不可不知的知识之MTTF

发布于:2022-11-28 ⋅ 阅读:(488) ⋅ 点赞:(0)

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MTTF 产生背景


现如今,电子产品更新日趋频繁,产品投产前的可靠性测试便显得尤为重要。与此同时,在日常工作中,我们发现,客户的设计规格要求一般会有这个产品的设计使用寿命(或期待寿命),表述为”常温条件下(%)负载……H(年)”。在这样的背景之下,就涉及到我们如何从结构设计、材料选择、工艺设计等方面满足客户对产品可靠性的要求,如何通过预估和验证,达到客户这方面的要求。因此,MTTF可靠性研究应运而生。


MTTF 简要介绍


Q1:MTTF是什么?

英文全称:Mean Time To Failure

中文全称:失效前平均时间


此时间通常以小时为考量单位,用来描述产品的信赖性寿命,一般在产品设计的规格书中会有体现。


Q2:MTTF主要作用有哪些?

1. 利用MTTF可以在较短时间内,评估并验证得出该产品在一定条件下能够正常使用的时间,是对产品进行最低使用寿命评估验证的主要方法之一。

2.制造商在产品开发设计阶段,通常不断利用MTTF对其新产品进行最低使用寿命评估验证,能够最终找到制作其产品的最佳部件(或原料)组合。


Q3:MTTF组成部分有哪些?

MTTF的组成包括设计评估部分和验证部分两个部分。


MTTF 主要术语


一、MTTF设计评估部分


1. 设计之MTTF

制作MTTF前,由RD根据组成产品的各种材质来设定产品最低使用年限。即为设计之MTTF。


2. 试验取样数

评估阶段试验时,试验产品的取样数。通常用字母n表示。


3 .预期失效数

评估阶段试验时,规定产品失效数。通常用字母r表示。


4 .试验条件

评估阶段试验时,按照标准规定,产品正常寿命试验的条件,后面统称标准试验条件。


5 .试验方式

通常采用“不更换试验方式”,即试验样品在发生失效前持续试验。

失效单位时间:评估阶段试验中,每单颗产品的失效时间,通常用tr表示(r=1,2,3,……,r。r为预期失效数)。


6. 评估之MTTF

评估阶段试验结束之后,根据预期失效产品的失效时间,由公式MTTF=((t1+t2+……+tr)+(n-r)*tr)/r得出。


7. 失效

按照标准规定,产品失效的现象,或用户不能接受的现象。


8. 每次检测时间

试验中途,检测产品性能的时间,一般要求“one day one    times”。



二、MTTF验证部分


1. 验证试验取样数

验证阶段试验时,产品取样数。通常用字母n表示。


2. 标准使用之环境温度

评估阶段试验时,标准试验条件中规定的试验环境温度,通常用T2表示。


3. 验证之环境温度

又称加速测试之环境温度,是验证阶段试验时,所用之环境温度。通常用T1表示(T1>T2),依需自定。


4. 信赖水准

根据产品需求规定的产品信赖度等级,用CL表示,依需自定。


5. 实际需验证时间

在验证试验阶段,所需的试验时间,通常用T表示。

T=Tr*MTTF/(n*AF)(此MTTF是评估试验阶段后评估得出的产品失效前平均时间)


6 .加速因数

根据T1、T2得出,用AF表示:AF=2(T1-T2)/10。其中10为加速因子常数,它是从大量的试验数据中分析得出的。本资料中的“10”依据的是“美军电子零件热敏电阻标准”的规定。


7 .验证时间比常数

用Tr表示,为一常数,取值3.8897,是从大量的试验数据中分析得到的。(此加速因素Tr要与评估部分失效单位时间tr区分)


8. 验证试验条件

又称加速测试条件。是验证阶段试验时,所用的试验条件,其中包含T1验证的试验条件比标准的试验条件残酷等级高。


9 .允许失效数

验证阶段试验时,允许样品失效数。信赖水准越高,允许失效数越小,依需自定。


MTTF 制作设计


1.制作MTTF通常采用的三种方式


  • 一定时间法——适用于组装业

  • 一定数量法——适用于零件业

  • 混合型——一定时间法与一定数量法混合运用。

在实际制作MTTF过程中,无论是组装业,还是零件业,一般都会将一定时间法与一定数量法综合运用,即采用“混合型”方法。通常用一定时间法评估得出MTTF,用一定数量法对其进行验证。


2.MTTF制作之MTTF设计评估


设计MTTF:根据组成产品的各种材质来设定MTTF。假设定位y年,则其MTTF为y*365*24(单位H)。

 

设计评估阶段之试验:自定试验取样数n,预期失效数r。根据标准试验条件(包含标准使用之环境温度T2)进行不更换试验。试验中途一般采用“one day one times”方式检测产品性能,记录各产品失效时间t1,t2,……直到tr产生的时候,评估阶段之试验即可停止。

 

评估得出MTTF:根据公式MTTF=((t1+t2+……+tr)+(n-r)*tr)/r得出之MTTF大于或等于设计之MTTF,即可进行下一步MTTF验证。反之,该MTTF设计失效。


3.MTTF制作之MTTF验证


验证阶段之试验:自定验证试验取样数,允许失效数,信赖水准CL,验证之试验条件(包括验证之环境温度T2)。


根据公式AF=2(T1-T2)/10得出该验证试验中的加速因素AF,其中,公式中10为加速因子常数。


根据公式T=Tr*MTTF/(n*AF),得出该验证试验钟实际需验证时间T。其中,Tr为验证时间比常数,取值3.8897。


根据验证之试验条件(加速测试条件)及实际需验证时间T进行验证试验。验证试验中,中途及验证试验结束,需检测试验产品之性能,根据失效定义判定其是否符合要求。


判定验证结果:若符合要求,则该MTTF设计及验证成功。反之,该MTTF设计失败。


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