有源器件法、元器件计数法及元器件应力分析法等,它们分别适用于不同的设计阶段:当产品处于方论证阶段时,可用相似设备法、相似电路法、有源器件法等快速预计法进行可行性预计,以评价设计方案的可行性; 当产品处于旱期的详细设计阶段时,可用元器件计数法进行初步设计预计,以了解元器件的初步选择是否恰当,并为可靠性分配打下预计的基础,而当产品处于详细设计阶段的中期和后期,可用元器件应力分析法进行详细的设计预计,以便及时发现设计的薄弱环节或潜在能力,及时改进设计,以期达到优化设计的目的。 下面就三种预计方法作一些简略的介绍:
(1)有源器件法
所谓有源器件法,即按设备为完成规定功能所需的串联有源器件的数目预计设备失效的方法。预计公式为
λs = N* K (11.1)
式中:λs --设备的预计失效率;
N--串联有源器件的数目;
K ---各种设备中每个有源器件的失效率。
(2)元器件计数法
所谓元器件计数法就是根据组成设备的各类元器件的通用失效率及其使用数量,来预计设备失效率的方法。
(3)元器件应力分析法预计
元器件应力分析法预计是考虑了温度、电应力、环境条件、元器件选用及电路等情况对元器件失效率的影响,先预计各个元器件在上述诸因素影响下的失效率,然后再预计设备总的失效率的一种方法。除微电子器件外,绝大多数电子元器件的工作失效率预计公式为:
λp= λb(πE•πQ……πn)(11. 3)
式中:λp --元器件的工作失效率;
λb --元器件的基本失效率;
πE --环境修正系数;
πQ --元器件质量修正系数;
πn --考虑其它附加影响的修正系数。
在进行应力分析法可靠性预计时,需要对每个元器件给出失效率和各修正系数的数值。为此,我国电子产品可靠性数据交换网编制了我国的《电子设备可靠性预计手册》,并且已经列入军用标准GJB299一87,可以作为我国电子设备可靠性预计的依据。进行可靠性预计时,尤其是进行应力分析法预计时,要进行大量繁杂的计算,最宜于采用计算机辅助分析和计算。 可靠性分配一般分为两大类,一类是无约束条件,单纯从可靠性指标出发进行分配;另一类是有约束条件,即以体积、重量、成本等为约束条件进行最优化可靠性分配。等分法即是平均分配法,适用于由完全相同的单元电路构成的串联系统、分配公式为:
λi= λs/m(11.4)
式中:λi--第i分系统的失效率;
λs--系统的失效率;
m --分系统的数目。
AGREE分配法是由美国电子设备可靠性顾问团提出的一种分配方法。它考虑了组成系统的每个单元的复杂度和重要度。这种分配的基本观点是:越是复杂的单元越容易失效,分配给它的失效率应该大一些。越是重要的单元越不希望它失效,故分配给它的失效率应该小一些。亦即分配时每个单元的失效率应该是加权的,加权因子C应该与单元的复杂度成正比,与单元的重要度成反比,于是AGREE方法的分配公式为:
λi=(ni×T×λs)/(N×Wi×ti) (11.5)
式中:ni--第i单元的元器件数;
N--系统的元器件总数,ni/N表示第i单元的复杂度;
Wi--第i单元的重要度;
T--系统的任务周期;
ti--第i单元在任务周期内的工作时间;
λs--系统的失效率。
2.失效模式、效应与危害度分析
失效模式、效应与危害度分析简称FMEC。它是一种广泛适用于电子、电器以及机械设备的可靠性评价分析技术。是通过对所设计的系统的各组成单元可能发生的各种失效模式对系统功能的影响及其危害程度的分析,尽早发现问题、及时采取对策、改进设计,以保证产品的可靠性。
失效模式是指元器件、零部件或产品失效的表现形式。失效模式一般是能被观察到的一种失效现象。各种失效模式对设备或系统产生的后果及其严重程度称之为效应及严酷度。效应又分为局部效应和最终效应。
表11.1列出了常用严酷度等级及其损坏概率。根据等级及损坏概率,
表11.1
等 级 程 度 损坏概率
IV 可能导致系统功能全部丧失,给系统和周围环境造成重大损失, 或(和)造成人身伤亡事故。
III 可能导致系统功能全部丧失,从而给系统和环境造成重大破坏, 但不造成人身伤亡事故。 0.5
II 导致系统功能下降,但对系统和人不会造成损害事故。 0.1
I 导致系统功能下降,但对系统和环境不造成损害,对人员无害。