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最近看一本《可靠性試驗》的書時，看到里面又再次提到了ESS，不過相對之前看過的一些書中，這本書里ESS的篇幅相對全一些。不僅僅提到了常規(guī)篩選，也提到了定量篩選和高加速應(yīng)力篩選HASS?；仡^又看了GJB/Z 34-93《電子產(chǎn)品定量環(huán)境應(yīng)力篩選指南》，簡單分享下新理解到的一些定量篩選知識~雖然有書評說ESS這個方法有些落伍了，而且標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)幾十年沒有更新了，不過相信還是有很多企業(yè)在用，或許以后能和現(xiàn)有的應(yīng)用結(jié)合起來吧~

 

先回憶下基本概念吧：

1） 常規(guī)篩選:

  常規(guī)篩選是指不要求篩選結(jié)果與產(chǎn)品可靠性目標(biāo)和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。篩選所用的方法是憑經(jīng)驗確定的。篩選中不估計產(chǎn)品中引入的缺陷數(shù)量，也不知道所用應(yīng)力強度和檢測效率的定量值，對篩選效果好壞和費用是否合理不作定量分析，僅以能篩選出早期故障為目標(biāo)。篩選后的產(chǎn)品不一定到達(dá)其故障率恒定階段.(摘自GJB/Z 34-93）

   簡單理解常規(guī)篩選就是與可靠性目標(biāo)值無關(guān)，是否能夠完全篩選掉早期失效是未知的，通常參考標(biāo)準(zhǔn)為《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》GJB 1032-1990與等效MIL-STD-2164.

 

2) 定量篩選：

  定量篩選是指要求篩選的結(jié)果與產(chǎn)品的可靠性目標(biāo)和成本閾值建立定量關(guān)系的篩選。定量篩選的主要變量是引入缺陷密度、篩選檢出度、析出量或殘留缺陷密度。(摘自GJB/Z 34-93）

1）引入缺陷密度DIN: 個/每個產(chǎn)品。簡單理解為：單個產(chǎn)品來說就是每個產(chǎn)品中潛在缺陷的數(shù)量百分比，批量產(chǎn)品中有缺陷產(chǎn)品的數(shù)量百分比；

2）篩選檢出度Ts: 篩選檢出度；

3）析出量F: 個/每個產(chǎn)品。簡單理解為：單個產(chǎn)品來說就是每個產(chǎn)品中能夠析出的缺陷的數(shù)量百分比，批量產(chǎn)品中析出有缺陷產(chǎn)品的數(shù)量百分比；

4）殘留缺陷密度DR: 個/每個產(chǎn)品。簡單理解為：單個產(chǎn)品來說就是每個產(chǎn)品中在析出缺陷數(shù)后還剩余的缺陷數(shù)量百分比，批量產(chǎn)品中在析出有缺陷產(chǎn)品后還剩余的數(shù)量百分比；

這里再將前面第二點篩選檢出度Ts拿出來單獨說下：Ts=Ss*DE

其中Ss是指我們經(jīng)常說的篩選度

DE是指檢測效率：施加的環(huán)境應(yīng)力把潛在缺陷變成一個明顯缺陷后，剔除故障的能力僅取決于測試儀表尋找故障并加以定位的能力。簡單理解就是故障析出后，能檢測到此故障的效率。檢測的方法可以是儀器設(shè)備，人工觀察，軟件偵測等等；
如上分析得出如下公式：

DR=DIN-F=DIN(1-TS)=DIN(1-SS*DE)-----公式1；

 

接下來分析實施定量篩選應(yīng)具備的條件：

1）產(chǎn)品應(yīng)有的可靠性定量要求

     這里簡單理解就是指浴盆曲線底部恒定失效率λ0值需要已知；

2）產(chǎn)品中存在的潛在缺陷的數(shù)量估計值已知：

     這里簡單理解也就是DIN需要為已知；

3）要有能夠?qū)嵤?yīng)力篩選的設(shè)備：

     也就是通常說的溫度循環(huán)的溫箱，恒溫箱，振動臺等進(jìn)行應(yīng)力篩選的設(shè)備；

4）檢測效率數(shù)據(jù)已知：

     就是DE為已知；

5）篩選成品率置信水平已知：

     這里先講下什么是篩選成品率：篩選成品率是指提交驗收時產(chǎn)品中可篩選的潛在缺陷數(shù)為零的概率Y。Y=exp(-DR)----公式2

由公式2可以看出，當(dāng)允許的殘留缺陷密度DR增加時，該批產(chǎn)品的篩選成品率將下降，當(dāng)允許的殘留缺陷密度減少時，篩選成品率提高。如果產(chǎn)品中沒有殘留的潛在缺陷，則該批產(chǎn)品100％為成品。

回到前面篩成品率置信水平，指在環(huán)境應(yīng)力定量篩選中，必須有一定時間的無故障篩選，以保證在規(guī)定的某一置信水平下滿足定量篩選的目標(biāo)，簡單來說就是置信度C；

 

6)成本閾值已知：

     定量篩選中有兩個目標(biāo)，一個目標(biāo)是指殘留在產(chǎn)品中的潛在缺陷數(shù)量DRG，這個目標(biāo)取決于要求的可靠性。需要與DR比較。另一個目標(biāo)是析出每個缺陷所需要的費用限額，也即成本閾值，這個目標(biāo)根據(jù)使用中故障修理費用決定。簡單來說如果篩選中修理一個故障的平均費用高于外場剔除一個故障的平均費用，則篩選效費比不理想。簡單來說就是篩選費用太高了，但是篩出的故障其實在實際將來發(fā)生時候花很少的錢就解決了且不影響客戶實用度，不過這個很難界定...后面的計算實例不考慮成本閾值。

 

截取書中流程圖如下。

注意：書中故障檢測效率用ED，前面分析引用GJBZ34是用的DE，其實是一個意思，只是兩邊描述的代號不一樣而已。

 

引用GJB/Z34中的實際例子進(jìn)行分析如下：

    a.某航空電子設(shè)備MTBF規(guī)定值為1000h，即其λ0=1/1000=0.001；

    b.采用55℃恒溫篩選；

    c.要求以70％的置信度達(dá)到篩選成品率下限YL=90%

    求： 用55℃恒溫篩選的無故障驗收時間T.

解：

已知：YL=0.9,C=70%,λ0=0.001;

這里引入篩選度對應(yīng)故障率概念，根據(jù)GJBZ34 4.2.1.2.4介紹：

λD=-Ln(1-Ss)/t; 這里λD為無故障檢驗應(yīng)力下缺陷的故障率；

因為恒定高溫篩選時，

篩選度Ss=1-exp[-0.0017(R+0.6)^0.6t];

所以λD=-Ln{exp[-0.0017(R+0.6)^0.6t]}/t

          =0.0017(R+0.6)^0.6;

這里可見故障率λD與時間t無關(guān)；

這里R=溫度變化范圍，對比常溫，R=55-25=30，

計算得λD=0.0132;λD/λ0=13.2; 

接下來需要引入幾個公式，參考GJBZ-34附錄B和附錄D，公式如下，其中有兩個公式個人覺得標(biāo)準(zhǔn)里應(yīng)該寫錯了，提出了一下，如有誰研究過具體的推導(dǎo)的過程可以私信分享下，感謝~

 

接下來的工作就是進(jìn)行求解λD*T。

1）這里可以GJB-Z34提供了查表法，查詢表17如下，因為前面計算求得λD/λ0=13.2,在下表10.00-20.00之間，接著找到成品率下限yL =0.9位置在下圖10.00-20.00下方對應(yīng)的紅色框框內(nèi)，接著往左找λD*T，應(yīng)該在2.2-2.4之間，這里GJB/Z34給出值為2.3. T=λD*T/λD=2.3/0.0132=174小時；

2）同時也可以采用如上公式的方法將如上公式D-3代入D-4，然后在Excel中進(jìn)行計算，這里在Excel中計算，代入λD*T=2.3時，yL=0.891；λD*T=2.4時yL=0.902，個人建議取值2.4.

即T=λD*T/λD=2.4/0.0132=181小時；

注意：緊接著在Excel中進(jìn)行不斷試錯，發(fā)現(xiàn)即便將已知條件MTBF設(shè)為100萬小時，λD*T算下來僅僅為2.52，也就是說T=λD*T/λD=2.52/0.0132=190小時，并沒有增加多少篩選時間。這里有些疑問，不知道是該方法就是這樣還是這個標(biāo)準(zhǔn)提供的公式哪里并不合適...

 

最后順便提下標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于元器件直接用PPM以及允許缺陷數(shù)對應(yīng)抽樣數(shù)的表格25如下，不知有誰知道這個是按照哪個標(biāo)準(zhǔn)或者計算方式得到，有誰知道的還請分享告知下，感謝~