(1)基于数理统计的失效率预计模型。例如:GJB 299C预计手册中的电子元器件工作失效率预计模型如下:

式中,λP是元器件工作失效率;

λb是仅考虑温度和电应力的元器件基本失效率;

πi是各种影响元器件工作失效率的修正因子。

如,普通晶体管及二极管的基本失效率λb模型:

普通晶体管及二极管的工作失效率λP模型:

λP=λbπEπQπAπSDπrπC

模型中基本失效率λb仅考虑元器件在电应力和温度应力作用下的失效率,工作失效率λP通过环境系数πE、质量系数πQ、应用系数πA、电压应力系数πSD、额定功率或额定电流系数πr、结构系数πC的修正,调整这些影响因素对晶体管及二极管失效率带来的影响。

(2)基于失效物理的失效率预计模型。例如:FIDES guide预计手册指南的电子元器件工作失效率预计模型如下:

λ=λPhysical·∏PM·∏Process

式中,λ是某类元器件的工作失效率;

λPhysical是该类元器件物理因素失效率,是由于各类物理因素引起的失效率;

∏PM是零部件制造质量和技术因素的失效率修正因子;

∏Process是整机产品研发、制造和使用中的质量及技术因素的失效率修正因子。

是该类元器件的时间权重,寿命剖面第i阶段时间在一年中的比例;

λphase-i是该类元器件在寿命剖面第i阶段的物理因素失效率;

λ0·∏acceleration是该类元器件在寿命剖面第i阶段的物理因素总体基本失效率。

式中,∏induced是该类元器件在寿命剖面第i阶段的过应力影响调整系数;

∏Thermal是该类元器件在寿命剖面第i阶段芯片的温度加速调整系数。

上述两类预计模型均可用于电子设备的可靠性预计,区别在于元器件基本失效率的预计。前者仅考虑温度应力和电应力对基本失效率的贡献,这对传统元器件产品完全适用;后者全面考虑了芯片温度、外壳温循、引脚焊点温循、潮湿、机械等应力下的一系列失效机理的基本失效率之和,这对特征尺寸小于130nm的亚微米级、超深亚微米级半导体集成电路和高密度集成组件SMT焊点而言是必须的。

3 可靠性分配技术

可靠性分配就是把系统产品可靠性总体要求转换为产品每个单元的可靠性要求的过程。可靠性分配参数可以是:可靠度(R(t))、平均失效间隔时间(MTBF)、故障率(λ)等,分配后的参数作为产品各单元的可靠性设计指标。产品可靠性分配的基本原则是保证依据分配指标设计出来的产品满足规定的可靠性总体要求,因此产品可靠性分配包括求解下面的不等式:

式中,?Ri^是分配给第i个单元的可靠性要求参数(i=1,2,3,…,n);

R*是产品可靠性总体要求参数;

f是产品各单元与产品间的可靠性函数关系。

系统产品可靠性分配方法,包括:不考虑各单元重要性串联系统的等分配法,考虑产品复杂程度、技术成熟度、工作时间、环境条件等因素分值的评分分配法(目标可达性分配法),适用于与老系统相似的新设计系统产品的比例组合分配法,考虑产品各单元重要度和复杂度的分配法(AGREE分配法),针对产品较低可靠度单元提升的最少工作量分配法(可靠度再分配法)等。

实际应用中,不论采用哪种可靠性分配方法,为减少分配的重复次数和避免附加设计的反复分配,需要在规定的可靠性指标的基础上,对各单元的可靠性分配留有一定的裕量。

4 薄弱环节分析技术

薄弱环节分析技术,包括:失效模式与影响分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、潜在电路分析(SCA)、电路容差分析(CTA)等技术。多年的研究总结和凝练,形成了标准化的FMEA、FTA、SCA、CTA方法和技术,目的是通过对电子设备产品自上而下或自下而上的全面分析,发现元器件、零部件、设备在设计和制造过程中可能存在的故障模式,以及每一种故障模式的产生原因及影响,找出潜在的薄弱环节,并提出改进措施。

5 特性分析与适应性设计技术

特性分析与适应性设计技术,包括:降额设计、冗余设计、热设计、机械强度分析、环境防护设计、有限元分析等技术。其中,降额设计使元器件使用中承受的应力低于其额定值,以达到延缓其参数退化,提高使用可靠性的目的;冗余设计是指重复配置系统中的一些部件,当系统出现故障时,让冗余的部件及时承担故障部件的工作;热设计是通过采用适当的散热方式,控制产品内部所有电子元器件的工作温度,使其在所处的工作环境条件下不超过规定的最高温度上限;机械强度分析是通过分析产品结构的机械特性,确定包装、储存、装卸、运输、维修等对产品可靠性的影响;环境防护设计是指针对影响产品可靠性的环境因素,采取必要的设计防护,减少或消除有害的环境影响,设计防护包括:温度保护、冲击和振动隔离、潮湿保护、沙尘保护、防爆、电磁兼容设计等;有限元分析是指通过采用有限元分析技术,在设计过程中对产品的机械强度、热特性、电磁场、潮气扩散等进行分析和评价,尽早发现产品承载设计结构和材料的薄弱环节及产品的过热部分。

6 耐久性分析技术

耐久性分析技术,包括:机械零部件的机械疲劳损伤、电子元器件的电耗损和热机械耗损退化等分析技术。通过对产品薄弱环节的耐久性分析,评价机械零部件的耐久性或机械疲劳寿命,评价电子元器件的耗损机理退化寿命。可通过评价产品寿命周期的载荷与应力、产品结构、材料特性和失效机理等进行耐久性分析,发现过早发生耗损故障的机械零部件、电子元器件,确定故障的根本原因和可能采取的纠正措施。