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MTBF,即平均故障間隔時間，英文全稱是“Mean Time Between Failure”。是衡量一個產(chǎn)品（尤其是電器產(chǎn)品）的可靠性指標。單位為“小時”。它反映了產(chǎn)品的時間質(zhì)量，是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)保持功能的一種能力。具體來說，是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔。

 

產(chǎn)品壽命可靠性試驗MTBF計算規(guī)范

 

一、目的：

明確元器件及產(chǎn)品在進行可靠性壽命試驗時選用標準的試驗條件、測試方法

 

二、范圍：

適用于公司內(nèi)所有的元器件在進行樣品承認、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成熟度/產(chǎn)品成熟度（DMT/PMT）驗證期間的可靠性測試及風(fēng)險評估、常規(guī)性O(shè)RT例行試驗

 

三、職責：

DQA部門為本文件之權(quán)責單位，責權(quán)主管負責本檔之管制，協(xié)同開發(fā)、實驗室進行試驗，并確保供應(yīng)商提交的元器件、開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品滿足本文件之條件并提供相關(guān)的報告。

 

四、內(nèi)容：

MTBF:平均無故障時間

英文全稱:Mean Time Between Failure

定義:衡量一個產(chǎn)品（尤其是電器產(chǎn)品）的可靠性指標,單位為“小時”.它反映了產(chǎn)品的時間質(zhì)量,是體現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)保持功能的一種能力.具體來說,是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔,它僅適用于可維修產(chǎn)品,同時也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF

 

MTBF測試原理

1.加速壽命試驗(Accelerated Life Testing)

1.1執(zhí)行壽命試驗的目的在于評估產(chǎn)品在既定環(huán)境下之使用壽命.

1.2 常規(guī)試驗耗時較長,且需投入大量的金錢,而產(chǎn)品可靠性資訊又不能及時獲得并加以改善.

1.3 可在實驗室時以加速壽命試驗的方法,在可接受的試驗時間里評估產(chǎn)品的使用壽命.

1.4 是在物理與時間基礎(chǔ)上,加速產(chǎn)品的劣化肇因,以較短的時間試驗來推定產(chǎn)品在正常使用狀態(tài)的壽命或失效率.但基本條件是不能破壞原有設(shè)計特性.

1.5 一般情況下, 加速壽命試驗考慮的三個要素是環(huán)境應(yīng)力,試驗樣本數(shù)和試驗時間.

1.6 一般電子和工控業(yè)的零件可靠性模式及加速模式幾乎都可以從美軍規(guī)范或相關(guān)標準查得,也可自行試驗分析,獲得其數(shù)學(xué)經(jīng)驗公式.

1.7 如果溫度是產(chǎn)品唯一的加速因素,則可采用阿氏模型(Arrhenius Model),此模式最為常用.

1.8 引進溫度以外的應(yīng)力,如濕度,電壓,機械應(yīng)力等,則為愛玲模型(Eyring Model),此種模式適用的產(chǎn)品包括電燈,液晶顯示元件,電容器等.

1.9反乘冪法則(Inverse Power Law)適用于金屬和非金屬材料,如軸承和電子裝備等.

1.10 復(fù)合模式(Combination Model)適用于同時考慮溫度與電壓做為環(huán)境應(yīng)力的電子材料(如電容如下式為電解電容器壽命計算公式)

1.11  一般情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子和工控類成品也可適用阿氏模型,原因是成品燈的失效模式是由大部分主動式電子零件所構(gòu)成.因此,阿氏模型廣泛應(yīng)用于電子,工控產(chǎn)品行業(yè)

 

2.加速因子

2.1 阿氏模型起源于瑞典物理化學(xué)家Svandte Arrhenius 1887年提出的阿氏反應(yīng)方程式.

R:反應(yīng)速度speed of reaction

A:溫度常數(shù)a unknown non-thermal constant 

EA:活化能activation energy (eV)

K:Boltzmann常數(shù),等地8.623*10-5 eV/0K.

T:為絕對溫度(Kelvin)

2.2  加速因子原理：加速因子即為產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng)力條件下(Laccelerated)的壽命的比值.

如果產(chǎn)品壽命適用于阿氏模型,則其加速因子為:

AF=e[Ea/K×(1/Ts-1/Tu)]

Ts:室溫+常數(shù)273

 Tu:高溫+常數(shù)273

 K: :Boltzmann常數(shù),等地8.623*10-5 eV/0K.

3.加速因子中活化能Ea的計算

3.1 一般電子產(chǎn)品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6Ev,正常有用期失效之Ea趨近于1.0Ev;衰老期失效之Ea大于1.0Ev.

3.2 根據(jù)HP 可靠度工程部(CRE)的測試規(guī)范,Ea是機臺所有零件Ea的平均值.如果新機種的Ea無法計算,可以將Ea設(shè)為0.67Ev,做常數(shù)處理.

3.3如按機臺所有零件Ea的平均值來計算,則可按以下例證參考

 

4.MTBF推算方法

4.1. 由MTBF定義可知,規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計工作時間與故障次數(shù)的比值為MTBF, 指數(shù)(Exponential)分布是可靠度統(tǒng)計分析中使用最普遍的機率分布.指數(shù)分布之MTBF數(shù)值為失效率λ的倒數(shù),故一旦知道λ值,即可由可靠度函數(shù)估算產(chǎn)品的可靠度.

MTBF= 總運行時間Total Operating(Hrs)/總失效次數(shù)Total Failures

MTBF的估計值符合卡方分配原理, 其語法為:

CHIINV(probability,degrees_freedom)X2(probability,degrees_freedom)

故有以下公式:

T= 總時間Total Hours

r=失效總數(shù)Number of failures

Φ=信用等級Confidence interval

5.DMTBF計算

DMTBF:平均無故障時間驗證

英文全稱:Demonstration Mean time Between failures

計算方法:以溫度為加速壽命試驗且采用阿氏加速壽命模式　　　　

計算公式:(實際使用中,如需要可在分子上乘上24Hrs以方便計算時數(shù))

Duration =（MTBFspec* GEMfactor）/(DC*Sample size*Afpowr*AF)

Duration:持續(xù)測試時間

MTBFspec:平均無故障時間

GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù)

DC: Duty cycle占空比

Sample size:樣本數(shù)

Afpower:加速系數(shù)

AF:加速因子

5.1. Duration:持續(xù)測試時間，即一個單位或幾個單位的樣品在進行壽命試驗時總的需要測試的時間

5.2. GEMfactor: General Exponential Model綜合指數(shù)，此指數(shù)一般取常數(shù),其取值標準為按照Confidence Level信心水準進行取值,常用的值為80%信心水準取3.22;而90%信心水準時取2.3026.

5.3. DC: Duty cycle占空比，即在試驗進行開關(guān)運行過程中,運行時間占總時間的百分比.(如45min ON/15min OFF則其DC值即為:45min/(45min+15min)=0.75

4. Sample size:樣本數(shù)，根據(jù)實際狀況確認的做壽命試驗的樣品數(shù)

5. MTBFSpec:平均無故障時間，實驗品規(guī)格書上描述的MTBF時間數(shù)

6. AFpower:加速系數(shù)，即在實驗品進行開關(guān)運行過程中,1小時時間ON和OFF時間之和的比值,如: 實驗品選擇25min ON/5min OFF則Afpower值為:AFpower=60min/(25+5)min=2

7. AF:加速因子,產(chǎn)品在使用條件下的壽命(Luse)和高測試應(yīng)力條件下(Laccelerated)的壽命的比值