版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:010000
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

电子元器件两种可靠性预计模型的应用分析

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 429次



摘要:电子元器件常用的可靠性预计模型217FN2和Telcordia SR-332_Issue 3中采用不同的计算模型,同时给出了两个模型的局限性。通过对两个计算公式的结果进行对比分析,可靠性预计的绝对值与产品实际的可靠性可能相差数十倍,但不同方案预计结果的相对值是具有参考价值的。

关键字:可靠性预计模型;217FN2;Telcordia SR-332 Issue 3

Application and Analysis of two Reliability Prediction Models for Electronic Component

Huang Changfan

(State Nuclear Power Automation System Engineering Company, Dept

Of Safety and Quality)

Abstract:Reliability prediction models 217FN2 and Telcordia SR-332_Issue 3 are commonly used for Electronic component.They use different calculation models, and the limitations of the two models are proposed. By comparing the calculation results of the two standards, absolute value of reliability prediction and the actual value may be a difference of several tens of times. But the relative value of the estimated results of the different models is of reference value.

Keywords:Reliability Prediction model;217FN2;Telcordia SR-332 Issue 3

 


 

1 前言

MIL-HDBK-338B[1]电子可靠性设计手册中提出:预计是定义需求的可行性和评估达到这些需求所需过程的一种方法。当有几种方案供选择的时候,可靠性预计可作为一种设计工具来选择最佳方案。

电子产品元器件在详细设计阶段采用应力分析法进行故障率预计,目前常用的电子设备可靠性预计模型参考标准主要有:GJB/Z299C-2006[2]、MIL-HDBK-217FN2[3]、Telcordia SR-332_Issue 3[4]、Simens SN29500[5]等。进行故障率计算时,根据不同的产品需求,采用不同的标准进行可靠性预计。

本文对使用过的两个标准MIL-HDBK-217FN2和Telcordia SR-332 Issue 3中的预计模型,对常用的电子元器件进行计算并分析结果,同时文中给出了两个模型在实际使用中存在的一些局限性。

2 MIL-HDBK-217FN2标准

MIL-HDBK-217FN2标准是美国可靠性分析中心(RAC)在1995年发布的《电子设备可靠性预计》,适用于军品行业,也是目前很多行业通用认可的标准。

2.1模型

MIL-HDBK-217FN2中对不同种类的元器件采用了不同的计算模型。故障率及MTBF计算式为:

l= ΣlP

MTBF=106/l(小时)

其中lP为单个元器件故障率。

电容器里的普通陶瓷电容的计算模型如下:

lP = lbpTpCpVpSRpQpE

其中,lP:工作失效率;lb:基本失效率;pT:温度系数;pC:电容系数;pV:电压应力系数;pSR:串联电阻系数;pQ:质量系数;pE:环境系数。

半导体中的场效应晶体管的计算模型为:

lP = lbpTpQpE

其中,lP:工作失效率;lb:基本失效率;pT:温度系数;pQ:质量系数;pE:环境系数。

2.2局限性[3]

MIL-HDBK-217FN2手册中提出了预计模型的局限性,有下面几点:

①故障率模型是基于已有的数据进行点估计进行统计。仅适用于在正常工作条件下工作的电子设备可靠性预计;凡过应力使用,超过基本失效率所列值的任何外推都是无效的。预计模型未考虑核辐射环境,也未考虑电离辐射的影响。

②可靠性预计是力学过程。应力分析法适用于产品具有详细的元器件清单。但在早期设计阶段无法获得详细的信息。考虑到这些原因,手册包含了应力分析法和初步设计阶段的元器件计数法。

③可靠性预计依赖用户的正确使用。对于正确使用预计模型和严格按照可靠性程序的用户来说,可靠性预计可作为一种有用的工具。把预计值仅仅当作必须大于规定值的用户来说,通常他们可以在不影响系统的情况下找到解决办法来达到这个标准值。

3 Telcordia SR-332_Issue 3标准

Telcordia SR-332_Issue 3是美国Telcordia公司发布的《电子设备可靠性预计程序》,适用于民品行业。

故障率及MTBF计算式为:

l= ΣlP

MTBF=1/l(小时)

其中lP为单个元器件故障率,单位为Fits(10-9)。

3.1模型

Telcordia SR-332_Issue 3中对不同的元器件采用相同的计算模型。

lPC = lGpQ pT pS pE

其中,lPC:工作失效率;lG:基本失效率;pT:温度系数;pS:应力比系数;pQ:质量系数;pE:环境系数。

3.2局限性[4]

Telcordia SR-332_Issue 3手册中提到其可靠性预计程序是直接由设备硬件故障引起的单元级故障,程序中未考虑下面几项:

①由于α粒子和宇宙辐射效应引起的瞬态故障;

②制造工艺引起的错误(如焊接接头、PCB板制作、接线);

③软件故障

④程序错误引起的故障。

4 模型应用及结果对比

4.1计算

2N7002K是仪控系统卡件中常用的晶体管元器件,N通道的场效应晶体管。

采用MIL-HDBK-217FN2和Telcordia SR-332_Issue 3两种模型对其进行了预计。

可靠性预计中使用的假设前提条件为:

①环境为地面良好GB,即非移动,温度、湿度可控环境,且可维修。

②环境温度为30oC

③质量级别:商用(MIL-HDBK-217FN2)

Level Ⅰ(Telcordia SR-332_Issue 3)

④应力比50%

根据2N7002K的参数及选用的计算模型,查阅标准中的相关系数,得到的计算结果对比见表1

1 计算结果对比

标准

217FN2

Telcordia Issue 3

分类

semiconductor

transistor

子分类

SiFET

Field effect

Silicon switch

故障率

0.33374510-6

7.885098 FITs

MTBF

2.99E+06

1.27E+08

4.2结果分析

对比两个模型计算的结果可以看出,MTBF相差一个数量级,这种现象在可靠性预计中是很正常的现象。造成计算结果差异的原因有以下情况:

①计算模型不同,Telcordia Issue 3采用统一的计算模型,而MIL-HDBK-217FN2根据不同的产品类型采用不同的计算模型。

②选取的参数不同:如质量等级、基本故障率、修正系数等。

③标准制定的时间不同,产品的更新不同,Telcordia Issue 3是2011年制定的,MIL-HDBK-217FN2是1995年制定的。

5 结论

可靠性预计时需根据系统及产品的实际需求,选用合适的标准。

电子产品的更新换代较快,对产品的可靠性数据的获取和积累具有相当的困难,模型中对有些因素考虑不周到,如实际环境有差异等,因此对于产品的准确预计是不可能的。所以可靠性预计的绝对值与产品实际的可靠性相差数十倍是正常的,但不同方案预计结果的相对值是具有参考价值的。

这两个模型都有共同的局限性,仅根据产品的设计和使用环境进行可靠性预计[6],未考虑产品可靠性的其他关键因素,例如工艺、制造、筛选、管理等,预计结果表达的是设计的可靠性,而非现场可靠性。

 

参考文献

[1]MIL-HDBK-338B.MILITARY HANDBOOK ELECTRONIC RELIABILITY DESIGN HAND BOOK, 1998.

[2] GJB/Z 299C-2006 电子设备可靠性预计手册.

[3]MIL-HDBK-217FN2.Reliability Prediction of Electronic Equipment.1995

[4]SR-332.Issue 3.Reliability Prediction Procedure for Electronic Equipment.Telcordia Technologies Special Report,January 2011

[5]SN29500.Electronic Reliability Prediction. Siemens.

[6]陈晓彤.可靠性预计方法-PRISM简介.质量与可靠性.2004(5).

 

作者简介

黄昌蕃(1984.11-),国核自仪系统工程有限公司,上海市闵行区江川东路428号,200241,女,汉族,硕士研究生,助理工程师,现从事仪控系统可靠性工作。

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。