讨论：器件选型中，如何评估其使用寿命？

kingdodoo

问题描述：
产品设计中，需要选择单片双极与MOS微处理器与可编程阵列逻辑电路，对其使用寿命要求不小于25年，厂商提供的产品资料里没有可靠性及寿命指标，如何评估器件寿命？
当前处理方式：
1.使用可靠性预计标准如MIL-HDBK-217F或GJB-299C或Telcordia标准预计该器件的失效率及MTBF，理论上严格说来MTBF并不是产品的寿命指标，但工程实际中，对于半导体、微电路等类型的器件其寿命可以用MTBF衡量；
2.求出MTBF之后，计算其中位寿命（产品失效概率为50%）及允许使用寿命（可靠度不低于一定指标的使用寿命），使用中位寿命或允许使用寿命做为评估值。
当前处理方式存在的问题：
器件（产品）寿命严格来讲应该通过寿命试验或者加速寿命试验数据得到，一般是加速寿命试验利用阿伦纽斯模型外推得来，这样结果相对来说比较可信。
讨论
1.你在实际工作中，是如何评估产品寿命的？考虑厂商未提供数据的情况。
2.寿命与MTBF的区别与联系。

justinbk

我的理解是，为了避免引起不必要的混乱（实际上这种情况在相当大一部分可靠性工程师当中普遍存在），对于可修复系统尽量避免谈寿命的概念（不论指何种寿命定义），而重点关注MTBF的概念和数值。我是做通信设备（基本上都属于可修复系统）的，我们的客户更多的就是关注MTBF，绝非“寿命”，“寿命”这个话题只在很少场合谈起。
对于不可修复系统，寿命的概念是必须的，通常我们指的就是中值寿命。但往往很多人就会把不可修复系统的寿命与可修复系统的MTBF混为一谈，因此我才如是说。个人的一点点建议而已。

justinbk

关于IC的MTBF值如果datasheet中没有提到，你可以咨询manufacturer了解到。
理论上讲MTBF和寿命是没有直接关系的，无法通过其中一个数值计算得到另外一个。
换句话说MTBF值高低只是在寿命范围内的一个概率统计值，MTBF高，寿命不一定长，寿命长的，MTBF也不一定高（对于可维修系统）。

我们公司的产品通常客户更关心的是返修率（是可维修系统），产品不同阶段的返修率是不一样的。对于可维修系统来讲，其实理论上讲设备的寿命是无限，因为只要修复，产品寿命就没有终止。但是对于一个市场中的产品，维修是需要付出成本的，而且产品在改进，在更新换代，到了一定阶段，修复系统还不如更换系统划算时，这个产品就没有维修价值，从这个意义上讲产品已经“寿命终止”，因为不能修复。因此根据我的理解，对于可维修系统，当产品已经无法维修或不具备维修价值的时候就算寿命终止。这个时间其实还是大致可以估算的，但是要精确计算可能也无法获得。一般都是根据历史经验估计的比较多。

kingdodoo

希望论坛中的高手多多指教！

kingdodoo

http://www.kekaoxing.com/club/thread-5830-1-1.html
刚才看到了上面链接的帖子，与这个问题有相同之处。

reliab

换句话说MTBF值高低只是在寿命范围内的一个概率统计值，MTBF高，寿命不一定长，寿命长的，MTBF也不一定高（对于可维修系统）。
是的,这是我们认同的观点!

zhanghjspace

顺带回复4楼的朋友。

我觉得有必要澄清一个问题。如下：

一个是学术上的“寿命”；一个是4楼说的、5楼引用的“寿命范围”中的“寿命”。
这两个寿命并不是一个东西。
不管这个澄清有没有意义，我还是要澄清一下。
楼上所说的“寿命”是一种看似没有边际、由历史经验决定的东西。而学术上：可维修产品的平均寿命就是MTBF。也就是说，对于可维修产品，如果你说“平均寿命”，就是在说MTBF；如果你说MTBF，就是在说“平均寿命”。

其实，个人认为，单纯地说某一个产品的“寿命”是多少，有多长，这种说法是没有意义的。因为，从根本上讲，产品的“寿命”是一个统计值，是一批产品的集体体现，而不是一个产品的个性表现。而这种所谓的“集体体现”最常用的说法就是“平均寿命”，也就是我所说的“MTBF”。

欢迎各位同仁加入讨论！

[本帖最后由zhanghjspace于2009-6-317:38编辑]

kingdodoo

电子元器件加速寿命试验方法的比较介绍
1引言
加速寿命试验分为恒定应力、步进应力和序进应力加速寿命试验。将一定数量的样品分成几组，对每组
施加一个高于额定值的固定不变的应力，在达到规定失效数或规定失效时间后停止，称为恒定应力加速寿
命试验（以下简称恒加试验）；应力随时间分段增强的试验称步进应力加速寿命试验（以下简称步加试验）；应力随时间连续增强的试验称为序进应力加速寿命试验（以下简称序加试验）。序加试验可以看作步进应力的阶梯取很小的极限情况。加速寿命试验常用的模型有阿伦尼斯（Arrhenius）模型、爱伦（Eyring）模型以及以电应力为加速变量的加速模型。实际中Arrhenius模型应用最为广泛，本文主要介绍基于这种模型的试验。Arrhenius模型反映电子元器件的寿命与温度之间的关系，这种关系本质上为化学变化的过程。
2试验方法
2.1恒定应力加速寿命试验
目前应用最广的加速寿命试验是恒加试验。恒定应力加速度寿命试验方法已被IEC标准采用[1]。其中
3.10加速试验程序包括对样品周期测试的要求、热加速电耐久性测试的试验程序等，可操作性较强。恒加方法造成的失效因素较为单一，准确度较高。国外已经对不同材料的异质结双极晶体管（HBT）、CRT阴极射线管、赝式高电子迁移率晶体管开关（PHEMTswitch）、多层陶瓷芯片电容等电子元器件做了相关研究。


2.3序进应力加速寿命试验
序加试验的加速效率是最高的，但是由于其统计分析非常复杂且试验设备较昂贵，限制了其应用。这方面
的报道也较少。北京工业大学李志国教授报道了微电子器件多失效机理可靠性寿命外推模型[5]，他的学
生李杰等人报道了快速确定微电子器件失效激活能及寿命试验的新方法[6]。试验中对器件施加按一定速率β上升的斜坡温度，保持电流密度j和电压V不变。做ln（T-2ΔP/P0）与1/T曲线，找出曲线的线性段，并经线性拟合得到一直线，设直线的斜率为S，则器件的失效激活能E=-kS。得出激活能E后，就可以外推某一使用条件下的元器件寿命
3试验方法的比较
3.1加速寿命试验的实施
恒加试验一般需要约1000h，总共要取上百个样品，要求应力水平数不少于3个。每个应力下的样
品数不少于10个，特殊产品不少于5只。每一应力下的样品数可相等或不等，高应力可以多安排一些样品。
步加试验只需1组样品，最好至少安排4个等级的应力，每级应力的失效数不少于3个，这样才能保证数
据分析的合理性。另外，JamesA.McLinn提出了在步加试验中具体操作的一些有价值的建议[7]。例如
试验应力的起始点选在元器件正常工作的上限附近，应力最高点的选择应参考之前的试验经验或是已知的
元器件失效模式来设定，将应力起始点到最高点之间分成3～6段；试验前需确定应力步长的的最小和最大
值。序加试验的样品数尚无明确的规定。步加、序加试验只需几百小时，取几十个样品甚至更少且只需一
组样品就可以完成试验。目前应用最广的是恒加试验，但其试验时间相对较长，样品数相对多一些。相比
之下，步加、序加试验在这方面要占优势。当样品很昂贵、数量有限或只有一个加热装置时，步加、序加
试验无疑是最好的选择。
3.2加速寿命试验的应用
恒加试验已经成熟地应用于包括航空、机械、电子等多个领域。步加试验往往作为恒定应力加速寿命
试验的预备试验，用于确定器件承受应力的极大值。如金玲[8]在GaAs红外发光二极管加速寿命试验中，
用步加试验确定器件所能承受的最高温度，而后再进行恒加试验，避免了在恒加试验中出现正常使用时不
会出现的失效机理。步加试验也可应用于缩短试验时间。已经有将恒加试验结合步加试验以缩短试验时间
的做法[9]。序加试验的优点是时间短，但其精度不高，而且实施序加试验需要有提供符合要求应力以及
实时记录样品失效的设备。例如冷时铭等人在固体钽电容加速寿命试验中采用自行研制的JJ-1渐近电压发生器控制直流稳压电源提供序进电压，电容测量和漏电流测量分别采用HP公司的4274A和414型漏电流测量仪，失效时间用可靠性数据采集系统记录。又如，北京工业大学李志国教授等人在做高频小功率晶体管序加试验中也搭建了一套完整的试验系统，系统由控温仪、热电偶、样品加热平台组成温度应力控制系统；
由偏置电源、万用表、加载电路板组成电应力偏置系统；测试采用Agilent4155C半导体参数测试仪和QT16晶体管特性图示仪完成。
4结语
当今，电子产品的更新速度越来越快，而既快速又准确的加速寿命测试方法是研究人员热切期望。
相信这一愿望定会早日实现。

高加速寿命试验（HALT）和加速寿命试验（ALT）
——两种卓越的可靠性试验技术
MikeSilverman,CRE,OpsALaCarte,LLC
于晓伟编译曾天翔校对
高加速寿命试验(HALT)和加速寿命试验(ALT)是产品可靠性设计中运用的最有效的两种可靠性试验技术。高加速寿命试验适合用于发现设计缺陷，确定失效机理，描述产品裕度。当主要失效机理不是由于耗
损原因引起时，最好用高加速寿命试验。而加速寿命试验适用于描述由磨损造成的失效机理，通常用来检验机构在超出用户预期和超出担保期的情况下产生的失效情况。
在多数情况下，这两种方法最好结合起来使用。因为每种方法适用于揭示不同类型的失效机理。两种方法的适当结合，为产品可靠性设计提供了一套完整全面的试验手段。
引言
高加速寿命试验和加速寿命试验是两种最有效的可靠性试验方法。
但是，人们却经常对它们的应用时机和应用范围感到困惑。本文将讨论这两种技术的运用时机和何时这两种技术一起应用。高加速寿命试验高加速寿命试验是在极短的时间内（通常是几小时或几天），对产品施加步进应力，直到产品失效，找出设计缺陷，并加以改进，以提高产品可靠性的试验过程。高加速寿命试验适用于发现设计缺陷，通常用于整个系统，但也可用于部件。当产品存在耗损机理时，最好不采用高
加速寿命试验。
高加速寿命试验用于揭示产品设计和零件选择中的潜在缺陷，而这些缺陷通过传统的鉴定试验方法却难以发现。该过程是将对手试产品施加步进应力，包括环境应力（如温度和振动）、电应力（如电压极限和
载荷变化）以及这些应力的组合，激发内在缺陷。而且，高加速寿命试验着力于使产品达到失效，以便评定超出其计划使用范围的设计健壮性和超过规定工作极限的设计裕度。

kingdodoo

从原理上辨析这个问题。

reliab

zhanghjspace,
你的解释比较含有理论性的东西,我把它概括总结一下,便于大家更容易看清明白:
1,对与不可修复产品可以说是寿命.
2.对于不可修复产品呢!我们只能说他的MTBF是多少,因为产品只要有维修产品的寿命就可以无限延长.
你的理解如何?

zhanghjspace

我只是从学术上的角度来说的。
从学术上来说，不管是可修复产品还是不可修复产品，用来形容产品寿命特征的指标只有：平均寿命、可靠寿命、特征寿命、中位寿命等。这几个指标都有定义，而且有计算的依据。而“寿命”这个东西只是一种普遍意义上的说法，而不是产品寿命特征的一个指标，当然也就没有计算依据了。

需要说明的是，对于产品来说，其寿命特征中最重要的是“平均寿命”这个指标，它有具体的定义和计算依据。而这个指标也是用的最多的一个指标。对于可修复产品，“平均寿命”和“MTBF”是等价的；对于不可修复产品，“平均寿命”和“MTTF”是等价的。

呵呵，不知道说明白了没有，