Reliability Physics provides a way for design engineers to predict reliability and improve product performance.
譯者注：可靠性物理分析（也俗稱失效物理分析，失效分析）更多的是了解器件材料在各種應(yīng)力條件下的變化最終導(dǎo)致失效的物理或者化學(xué)機(jī)制，從而通過設(shè)計避免或者是量化這些物理和化學(xué)機(jī)制對最終產(chǎn)品可靠性的影響。這是可靠性工程的基礎(chǔ)，包括我們熟悉的阿倫紐斯溫度加速模型，Peck模型或者是簡化的Coffin Mansion等等，無不是在理解物理化學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立起來的。
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從智能手機(jī)、無線穿戴到自動駕駛及無人駕駛（Unmanned Aerial Vehicle.），電子已經(jīng)不只是應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)張，它也逐漸影響的消費者的人身安全。隨著電子器件的微型化，工作溫度上升并且應(yīng)用在很多惡劣的環(huán)境（不再是舒適的空調(diào)房或者室內(nèi)應(yīng)用），那么這些電器器件失效的可能性也在增加。怎么能夠保證我們的硬件產(chǎn)品能夠在生命周期中的每天都能夠正常安全可靠的工作？這只有一個真實的答案：扔掉那些老舊的標(biāo)準(zhǔn)，擁抱以可靠性物理分析（Reliability Physics Analysis -RPA）的世界中來。可靠性物理分析是基于科學(xué)理論為基礎(chǔ)的分析方法通過運用我們所知的故障機(jī)理來預(yù)測產(chǎn)品可靠性和提高產(chǎn)品性能。高性能的建模工具運用于產(chǎn)品設(shè)計階段，模擬由于振動、沖擊、溫度循環(huán)、疲勞老化和腐蝕等等造成的失效。這些方法在許多其它領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用（比如大橋設(shè)計），可靠性物理分析只是在最近才在電子產(chǎn)品領(lǐng)域得到關(guān)注。（譯者：不知道這個怎么來的！其實這接觸可靠性這十幾年已經(jīng)看到很多企業(yè)運用了這些工具，諸如有限元分析，熱仿真等等）
RPA（可靠性物理分析）也通常稱為失效物理（PoF）。但是推廣RPA的人士也該意識到PoE這個提法因為容易造成誤解而有點過時。RPA和PoE的容易讓工程師誤解，但實際上對管理層來說相當(dāng)?shù)那宄?，簡單而言只是文字的差異而已。引入一個新的流程比如RPA都需要整個公司層面支持和接受并且將其標(biāo)準(zhǔn)化和程式化。RPA就意味著通過最近實踐以確保產(chǎn)品性能。而應(yīng)用失效物理這個概念，更多的是通過企業(yè)對失效進(jìn)行研究，這個很難通過最佳執(zhí)行力達(dá)到。
盡管說可靠性物理這個概念只是最近才被整個電子產(chǎn)品領(lǐng)域廣泛的接受，但是美國軍方早在60多年前就已經(jīng)開始資助對其的研究，它的目標(biāo)是解決在二次大戰(zhàn)器件武器和其它電子產(chǎn)品可靠性的問題。不幸的是這段歷史也是迂回曲折的，就如下圖所示：
The concept of Reliability Physics was first sponsored by the US military more than 60 years ago to address the poor performance of weapons and electronics in World War II. (Image source: DfR Solutions)美國國防部上個世紀(jì)50年代資助了兩個研究項目。The US Secretary of Defense sponsored two complementary (competing?) initiatives in the 1950s. 羅姆空軍研究中心（RADC）開展了一系列的研究和行業(yè)討論，這些最終形成今天半導(dǎo)體行業(yè)對RPA可靠的應(yīng)用。但另外一個工作組（電器設(shè)備可靠性研究AGREE）走了截然相反的道路最終得出基于可靠性物理的方法太過于復(fù)雜。事實上他們引領(lǐng)軍方采購鏈走向通過標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計進(jìn)行的方法。處于某些原因，RADC同意了這個方法，最終導(dǎo)致的MIL-HDBK-217的誕生。但是RPA并沒有放棄。RPA越來越成為半導(dǎo)體設(shè)計，在不同組織中創(chuàng)新研發(fā)工程師包括貝爾實驗室的Engelmaier，立頓工業(yè)的Steriberg和羅克韋爾自動化的Gasperi，他們開創(chuàng)性的將RPA應(yīng)用的電路板設(shè)計中來。并且體會到了RPA比標(biāo)準(zhǔn)更優(yōu)越的地方。RPA特別在下面兩個方面可以看到其無以倫比的優(yōu)勢。優(yōu)勢#1：RPA能夠準(zhǔn)確估計現(xiàn)場失效壽命預(yù)計標(biāo)準(zhǔn)宣傳它們的數(shù)據(jù)來源于實際現(xiàn)場應(yīng)用。（這并不準(zhǔn)確，參考之前的文章）。但是它們做了一件可怕的事情就是基于一些不一定失效的數(shù)據(jù)來預(yù)估現(xiàn)場實際失效數(shù)據(jù)。在很多工業(yè)領(lǐng)域，RPA可以看成是一些基本準(zhǔn)則，找出為什么產(chǎn)品會失效，然后通過設(shè)計避免產(chǎn)品出現(xiàn)這樣的失效。這個對于安全方面的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。另外通過一些方法（保修絲，監(jiān)控電路等）降低這些安全的風(fēng)險。RPA也從來不會說失效是隨機(jī)的失效，因此可以清楚的理解什么時候需要保養(yǎng)，維護(hù)以及采取什么措施及其相應(yīng)的時間優(yōu)勢#2：RPA可以預(yù)測一些新技術(shù)的可靠性
預(yù)計標(biāo)準(zhǔn)一個明顯的缺陷就是不能夠預(yù)測新的技術(shù)的可靠性，但總有人先嘗試一下。如果可靠性只是基于之前的應(yīng)用那么新的東西就沒有辦法評估產(chǎn)品的可靠性了？不幸的是，這些預(yù)計的標(biāo)準(zhǔn)很多情況也沒法解決這個根本的問題，應(yīng)用這樣標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)不得不想另外的方法，比如相似可靠性原理（RBS-Reliability by Similarity）做一些微小的修正。RPA得價值在于它是基于基礎(chǔ)得物理模型，這個并不會應(yīng)為技術(shù)變化而變化。比如產(chǎn)品的故障演變由于材料不同過程會變化，但是其基本的模式是不變的。找到這個變化的模式可以通過已知的材料特性分析和加速測試進(jìn)行量化。對于不管是舊技術(shù)還是新技術(shù)，可靠性物理都是通用的。比如半導(dǎo)體器件而言，絕緣擊穿是常見的失效機(jī)理，而且最早的半導(dǎo)體器件就存在。這個失效機(jī)理是沒有變化（即使是主要厚度和weibull分布斜率都沒變化）。談?wù)摰闹攸c更多的是激活能，電壓加速模型，這些是基于具體的設(shè)計而且可以通過實驗進(jìn)行測量。對于封裝而言，焊錫無論是有鉛無鉛或者其它類型的焊錫的疲勞老化都可以通過每個循環(huán)中的應(yīng)力和強度分析進(jìn)行計算。（這就不需要害怕無鉛工藝了）這些基本ARP的優(yōu)勢能夠幫助可靠性在產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的路線上扮演重要的角色。特別高可靠性要求的行業(yè)比如軍方，太空和工業(yè)領(lǐng)域就可以在這些新技術(shù)通過RPA評估其應(yīng)用可靠性足夠高時候加以運用。也不需要去知道為什么做的好進(jìn)行分析。重要的一點，RPA能夠在我們么有先驗經(jīng)驗的時候也能夠開放出高可靠性的產(chǎn)品。
聲明：本文轉(zhuǎn)自可靠性工程師，作者：Craig Hillman CEO of DfR，譯者：七月 – SRE 上海分會
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