可靠性测试方法在电子产品中的应用研究

黄海月

浙江科正电子信息产品检验有限公司

可靠性测试方法在电子产品中的应用研究

黄海月

浙江科正电子信息产品检验有限公司

电子产品的可靠性是影响其产品质量的关键因素之一，而且随着控制系统大型化，涉及众多电子元件，其单个元件的故障会影响整个系统的正常工作。因此近年来对元件可靠性能的重视程度越来越高，需要在预定的环境和满足可靠性指标的条件下，对电子产品可靠性进行测试，世界各发达国家已把可靠性技术和全面质量管理紧密地集合起来，以提高产品的可靠性水平。

可靠性测试；电子产品；应用

可靠性测试的目的是尽早地发现产品在设计﹑生产过程中的产品的缺陷。越在产品开发早期控制好单元模块的可靠性越能使产品在开发后期获得较高的可靠性。电子产品作为国家产业化升级的重点，同时又是国民经济的支柱产业，其可靠性受到了前所未有的重视。由于科技的发展，电子设备的系统日趋复杂，这对电子系统的可靠性特别是大型电子系统的可靠性提出了很大的挑战，需要我们对此做出行之有效的应对。

1 可靠性试验的定义

为了评价分析产品的可靠性而进行的试验称为可靠性试验，也可以定义为：在实验室里模拟现场工作条件和环境条件进行试验，以此确定产品的可靠性的方法。

(1)早期失效期(Infant Mortality)也称为恒定失效期，表明产品的初期失效率很高，但随着工作时间的增加，失效率迅速降低。这一阶段失效的原因大多是由设计﹑原材料和制造过程中的缺陷造成的。为了缩短这一阶段的时间，产品应在投入运行前进行试运转，以便及早发现﹑修正和排除故障；或通过试验进行筛选，剔除不合格品。(2)偶然失效期(Random Failures)也称随机失效期，这一阶段的特点是失效率较低，且较稳定，往往可近似为常数，产品可靠性指标所描述的就是该时期，这一时期是产品的良好使用阶段，偶然失效主要的原因是质量缺陷，材料弱点，环境和使用不当等因素引起；(3)耗损失效期(Wear-out)，送个时期的失效率随时间的延长而急速增加，主要原因是产品寿命已经接近尽头(可能由磨损，疲劳等引起)，产品的失效非常严重，可进行适当的维修或直接将其更换。

2 可靠性试验技术

2.1 环境试验

环境试验属于工程试验的范畴，它是评价产品在实际使用﹑运输和存储环境条件下的性能，并用于分析﹑研究环境因素影响程度及其作用机理的试验。通过人工模拟环境试验，利用试验设备创造一个或多个环境影响因素，以评估在使用﹑存储﹑运输中的主要的环境影响下被试产品的适应能力。根据设备要求可参考 GB2424《电工电子产品基本环境试验规程》或 GJB105《军用设备环境试验方法》中相应的规定内容进行试验和检测。具体测试项包括+振动试验﹑冲击试验﹑加速度试验﹑低温试验﹑高温试验﹑温度冲击试验﹑湿热试验﹑盐雾试验﹑低气压试验﹑辐射试验等。如果我们的设备工作于特殊的环境条件下，而在标准中未曾提及相应环境试验项，则我们也需要进行相应的模拟环境试验，以确保环境试验的完备。

2.2 设计测试用例

在实施软件可靠性测试过程中，涉及到测试环境准备﹑操作剖面构造﹑测试案例生成等技术和方法。要求按照软件的操作剖面进行测试，测试结果使用软件可靠性模型进行评价。其中，操作剖面的构造是进行可靠性测试的基础。操作剖面是描述用户如何使用软件的一种技术，通过构造软件的操作剖面可以指导软件可靠性测试工作过程，获得理想的测试结果。而如何准确高效地构造出切合实际的软件操作剖面就成为软件可靠性测试工作中的一个关键环节。传统构造软件操作剖面的方法是自顶向下对软件的功能和使用进行不断细化，然后确定相关概率的方法获得的；现在随着软件工程方法的日益成熟，软件建模技术的应用也更加广泛，产生了使用UML，技术构造软件操作剖面的方法。UML是一种统一的标准建模语言，使用UML的用例图和顺序图可以比较完整地捕获和描述系统用户需求，为系统功能的细化和软件操作剖面的建立提供了一种便利的方法。在申报平台系统中，使用UML技术建立软件剖面。用例剖面是指由UML用例图定义的软件用例及其发生概率所组成的集合。场景剖面是对系统执行特定操作的描述，是用例实例化的结果。

2.3 加速寿命试验

ALT( Accelerated Life Test加速寿命试验)试验属于统计试验的范畴，它是目前发展较成熟的一种可靠性试验技术，由寿命试验发展而来，其试验前提是在试验应力下被试产品的失效机理不变，其试验的理论基础是在不同应力水平下的试验只改变被试产品寿命分布的参数，而不改变其寿命分布的类型。在进行ALT试验中要给出表述产品寿命分布参数与应力水平之间的关系式，即所谓的加速方程或加速模型，这样才能将产品在高应力下的寿命分布转化为止常应力下的寿命分布。在试验过程中应根据产品技术规范确定的失效标准来判断受试样品是否失效，并尽景记录每个失效样品的准确失效时间。

HALT试验采用对样品系统地施加步进应力的方法，让样品承受逐步增加的环境应力(振动﹑温度和湿度等)﹑附加应力(电源周期通断﹑电压拉偏和频率拉偏等)和工作应力(开关器件的开合频率等)来快速暴露设计上的缺陷或薄弱环节，确定产品的工作极限和破坏极限，从而在短期内为产品设计改进提供高效的信息)高加速应力筛选HASS试验以HALT试验为基础，它是专为清除生产过程中引入的产品缺陷而设计的最快最有效的筛选过程，它能在很短的时间内激发出产品在外场可能出现的各种早期失效形式，从而有效缩短筛选时间。

在公司实际的可靠性测试过程中可能会面临以下困难：(1)如何平衡测试成本和测试效果之间的关系；(2)如何克服来自公司人力﹑资源﹑制度等方面的约束；(3)如何有效分析并解决试验过程中的各种失效现象。

[1] 郑卫武，郑海鹰.步进应力加速寿命试验的试验及检验[J].温州大学学报自然科学版2012，33(06)；13-18.

[2] 张建平.威布尔分布下VFD恒定应力加速寿命试验与统计[M].2010，4(2)，205-209.

[3] 刘洋.基于测试结构的CMOS工艺可靠性评价方法研究[D].电子科技大学，2016.