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電子設(shè)備可靠性指標(biāo)的驗證方式及適用性

目前驗證電子設(shè)備可靠性指標(biāo)的方式主要有基于GJB899A的常規(guī)可靠性試驗、可靠性評估和加速可靠性試驗等。

01.常規(guī)可靠性試驗

其中，基于GJB899A的常規(guī)可靠性試驗適用于可靠性指標(biāo)相對不高的電子設(shè)備。一般根據(jù)電子設(shè)備相關(guān)技術(shù)文件的規(guī)定，通過選取合適的試驗統(tǒng)計方案，在實驗室環(huán)境條件下施加極限應(yīng)力進(jìn)行考核驗證，其特點是試驗周期相對較長、試驗費(fèi)用較高。

02.可靠性評估

可靠性評估一般通過收集設(shè)備某個階段的實際使用數(shù)據(jù)或各個分設(shè)備試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，定量評估其可靠性指標(biāo)。由于系統(tǒng)級電子設(shè)備組成龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，國內(nèi)實驗室不具備系統(tǒng)級可靠性試驗的能力，一般采用可靠性評估的方式進(jìn)行驗證。因此，可靠性評估適用于系統(tǒng)級的電子設(shè)備。

03.可靠性加速試驗

可靠性加速試驗是基于電子設(shè)備的故障物理分析結(jié)果，以確定電子設(shè)備的加速試驗條件和加速因子，通過對電子設(shè)備施加高于正常水平的應(yīng)力，實現(xiàn)在較短的時間內(nèi)快速評估電子設(shè)備可靠性水平的試驗方法?？煽啃约铀僭囼灲鉀Q了常規(guī)可靠性試驗時間長、效率低及費(fèi)用高等問題，適用于高可靠性（通常指標(biāo)在5000h以上）、長壽命的電子設(shè)備。

隨著科技的快速發(fā)展和進(jìn)步，武器裝備的研制周期越來越短、更新?lián)Q代的速度越來越快。尤其是在武器系統(tǒng)中起重要作用的電子設(shè)備，其逐漸向小型化、數(shù)字化和集成化的方向發(fā)展，同時隨著工藝和技術(shù)水平的進(jìn)步，許多電子設(shè)備的可靠性指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了數(shù)千甚至上萬小時以上。電子設(shè)備可靠性水平的大幅提升，使得常規(guī)的可靠性試驗方法難以滿足高可靠性電子設(shè)備指標(biāo)驗證的需求。為快速評價電子設(shè)備的可靠性水平，采用可靠性加速試驗的方式成為研制方的不二選擇。

可靠性加速試驗實施

電子設(shè)備的可靠性水平主要受溫度、濕度、振動、沖擊、電應(yīng)力等各種環(huán)境因素的影響。20世紀(jì)90年代，美國軍方對某基地電子產(chǎn)品故障進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果表明在環(huán)境因素引起的損壞失效或故障產(chǎn)品中，由溫濕度引起的占60%，振動因素引起的占27%。由此可見，溫濕度應(yīng)力和振動應(yīng)力是引起電子產(chǎn)品失效的主要環(huán)境因素。

可靠性加速試驗一般分為以下幾個實施階段：故障物理分析、確定試驗條件、試驗實施和可靠性評估。

01故障物理分析

可靠性加速試驗是圍繞電子設(shè)備的故障模式與故障機(jī)理進(jìn)行的，進(jìn)行加速試驗的前提是：設(shè)備在短時間的加速應(yīng)力條件下暴露出來的故障模式和故障機(jī)理，應(yīng)與長時間使用環(huán)境下的故障模式和故障機(jī)理相一致。否則，通過加速試驗獲得結(jié)果不能真實反映電子設(shè)備的可靠性水平。

故障物理分析的目的是為了分析電子設(shè)備在其壽命周期環(huán)境條件下可能發(fā)生的故障位置、故障機(jī)理和故障模式。電子設(shè)備的壽命周期環(huán)境條件是指：電子設(shè)備在預(yù)期的任務(wù)剖面和環(huán)境剖面下，其可能承受的環(huán)境載荷(如溫度、溫度循環(huán)、振動、相對濕度等)和工作載荷（如電壓、電流等）。

故障物理分析的主要方法有以下三個：

(1)采用有限元建模與仿真相結(jié)合的方法進(jìn)行分析計算，簡稱仿真試驗或仿真分析；

(2)利用相似產(chǎn)品故障數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷，簡稱相似產(chǎn)品法；

(3)設(shè)計小型試驗進(jìn)行分析。

其中，可靠性仿真試驗是故障物理分析最有效的手段之一。仿真試驗以電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、材料屬性、器件類型、互聯(lián)等信息作為輸入，建立起電子產(chǎn)品的仿真模型，通過對該仿真模型施加各種模擬的環(huán)境條件和載荷，從而得出電子產(chǎn)品中各種故障可能發(fā)生的時間和模式。

02加速試驗應(yīng)力的確定

加速試驗應(yīng)力的選取一般需遵循以下原則：

1）加速試驗應(yīng)力的類型應(yīng)基于電子設(shè)備主要的故障模式和故障機(jī)理，即影響電子設(shè)備失效的主要因素；

2）加速試驗應(yīng)力應(yīng)足夠大，才能達(dá)到縮短試驗時間，快速評價電子設(shè)備可靠性水平的目的。但是，加速試驗應(yīng)力不是無限加大，需要在設(shè)備極限工作應(yīng)力范圍內(nèi)，否則發(fā)生的故障模式和故障機(jī)理與設(shè)備長時間使用的故障模式和故障機(jī)理不一致，達(dá)不到加速試驗的目的；

3）加速試驗中應(yīng)對電子設(shè)備的功能性能進(jìn)行檢測。

03加速試驗的實施

針對電子設(shè)備，一般是采用整機(jī)加速的方式。首先按照GJB899A-2009的規(guī)定選取統(tǒng)計試驗方案，確定試驗時間。然后選取影響電子設(shè)備失效主要環(huán)境因素，如溫度、濕度、振動和電應(yīng)力。根據(jù)電子設(shè)備的各個環(huán)境因素的極限應(yīng)力，制定加速試驗剖面，確定加速因子。最后根據(jù)試驗時間和加速因子計算出可靠性加速試驗時間和循環(huán)數(shù)。

04評估設(shè)備的可靠性水平

針對電子設(shè)備，一般是采用整機(jī)加速的方式。首先按照GJB899A-2009的規(guī)定選取統(tǒng)計試驗方案，確定試驗時間。然后選取影響電子設(shè)備失效主要環(huán)境因素，如溫度、濕度、振動和電應(yīng)力。根據(jù)電子設(shè)備的各個環(huán)境因素的極限應(yīng)力，制定加速試驗剖面，確定加速因子。最后根據(jù)常規(guī)可靠性試驗時間和加速因子計算出可靠性加速試驗的有效時間和循環(huán)數(shù)。

加速試驗?zāi)Ｐ?/span>

加速模型是加速試驗方案制定和試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的依據(jù)。單一應(yīng)力下的加速模型成熟度較高，如阿倫尼斯模型為表征溫度加速的模型，逆冪率模型表征動態(tài)應(yīng)力（如沖擊、振動）或氣候應(yīng)力（如溫度變化、濕度、太陽輻射等）加速的模型。由于在綜合環(huán)境下，多種應(yīng)力相互疊加耦合，電子設(shè)備的失效機(jī)理和失效模式較為復(fù)雜，確立其加速應(yīng)力與正常應(yīng)力下的關(guān)系存在一定的難度。

目前，多種環(huán)境應(yīng)力下的加速模型主要有兩大類，一類是各種加速應(yīng)力單獨作用，忽略其相互之間的耦合作用，其代表為Peck模型；另一類是各種加速應(yīng)力之間具有一定的相互耦合作用，其代表是廣義艾琳模型。