tag 标签: 可靠性

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  • 热度 4
    2015-1-19 13:49
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    01、失效率的故事         起源于二次世界大战,1944年纳粹德国用V-2火箭袭击伦敦,有80枚火箭在起飞台上爆炸,还有一些掉进英吉利海峡。         当时美国海军统计,运往远东的航空无线电设备有60%不能工作。电子设备在规定使用期内仅有30%的时间能有效工作。因可靠性问题损失飞机2.1万架,是被击落飞机的1.5倍失效率。         1985年,美国空军推行《可靠性及维修性2000年行动计划RM2000》,经过6年的努力,在1991年海湾战争中,RM2000见到了成效。F-16C/D及F-15E设备完好性超过95%,平均每架飞机每天能起飞执行7次任务。        01、简单回顾“失效率”的概念     概念表述为:工作至某一时刻之后单位时间内发生故障的概率。     举例:某10万套产品5年内的故障数据,试计算瞬时失效率   11、可靠性试验         以上所说的失效率是真实失效率,是基于已经发生失效的统计。         那么,问题来了,如果厂商在失效发生时只是对已有事情进行描述,作为消费者是很愤怒的。消费者会说:         汽车撞墙,你知道拐了;股票涨起来,你知道买了;犯错误判刑,你知道悔改......                 如果能在产品出厂前就对失效率进行预测,那该有多好呀。         在工程实际中,项目周期是越来越快,可靠性试验需要对试验样本数量和试验时间进行设计。                  数理统计理论认为:元件数量与试验时间的乘积相同的情况下,试验结果是等价的。            12、抽样                     举例:点火线圈Coil,寿命要求10年,按每天启动2次计算共计7300次                 那么,是不是我选45个样本,做7300次试验是否可以代表整体产品都没问题吗?答案是:不可以。         这就涉及到抽样定理的问题。         随机抽取45个样本,需要做7300次的试验,才能证明整批产品是没问题的。                 下面开始计算试验所需温度循环次数:         N1test为试验温度循环次数         Nprac为实际使用中温度循环的次数         置信度Pa=0.9         可靠度R=0.99         n为DUT数量,n=45         β为威布尔波形因数,β=3         计算结果:12558次   13、加速          12558次试验循环,持续时间太长。在允许范围内增加应力可减少持续时间 ΔTprac原试验温升,ΔTprac=70℃ ΔTtest新试验温升,ΔTtest=160℃ K疲劳曲线指数,K=5           计算结果:201次         能接受吗?能。   引用: ISO16750-1:2006  Road vehicles — Environmental  conditions and testing for electrical  and electronic equipment     结尾:         领导:“小李啊,你是学电脑的吧。。”   “恩,是的。”   “很好,赶紧过来把这几台电脑搬到12楼去。”         附录:   前言     1)文章题目起得吓人,但正文却“食之无味”,仅“ 管中窥豹 /盲人摸象/坐井观天”地推测汽车电子研   发工作;     2)正文按照标号1/2/3/4,以符合研发工程师强迫症的习惯;     3)行文追求朴素/简洁/凌厉的大实话和心里话,以符合研发工程师“外表朴素/内心艳丽/敏于行/讷于   言”的特质;     4)结尾模仿相声的结尾(称作“攒底”),戛然而止,并鞠躬下台。
  • 2014-8-16 11:24
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      可靠性是个容易歧途的领域,因为一直有工程师在问我,如何保证一个产品在硬件设计上,可靠性是满足要求的?这个问题其实很难回答。离开LEAR以后,我也一直在审视当初被培训的保证硬件电子可靠性的步骤: 1)可靠性预测 2)DV的1000小时测试 3)PV的1000小时测试 在之前的FTA和DFMEA,我的概念里面都没有作为可靠性的一个单元,只是作为一个相联系的单元,比如导入失效率到FTA里面得到功能的失效率。这个概念是出自Ronald B. Suello,这位大哥是这么写的: 应该说,在设计阶段,这么说是相当片面的。 Larry Edson 老爷子就在参考文件1中,当众打脸: 老先生是做Validation验证的,做到了Fellow,工程师的最高等级,在GM待了快40年退休。其AQQ的概念,直指问题核心,产品的可靠性,主要是靠验证和实验得出来的: 应该说在整车企业,产品工程师和验证工程师,在可靠性的职责是各有专职,但是以验证工程师为主,前者对IPTV负责,后者是做实验(可能是供应商来做)、验证和实验数据处理的。在零部件企业,硬件工程师和测试工程师的分工大概也是如此,一个管电路拓扑设计的裕度和部件参数的裕度,一个是通过调整样品和测试时间,监控测试过程,分析测试数据,以得到相对的可靠性数据。当然这里,并不是一部到位的,需要通过分析来扫雷,通过定性试验来确定薄弱区域,通过定量实验最终确定是否满足要求。 设计工程师,需要做的那部分基本上都是左边的。MTBF只是其中一项内容: FMEA FTA Parts Count Prediction:这个有点像是快速计量。 Parts Stress Analysis:电压/电流应力对比,环境应用对比 所有的Virtual的分析,都是用来为后面的实验数据分析,和实验结果印证的,没了这个过程。可靠性是很难得到本质的改善的,除非你不改,不设计。 最后推荐一下封面的书,这才是工程师大神啊。 参考文件 1) Larry Edson Reliability Lessons From The Automotive Industry 2)Anders B. Kentved, Susanne Otto Kim A. Schmidt Reliability – Acceleration factors and accelerated life testing
  • 2012-12-24 21:29
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      如何提高电子产品的 EMC EMI     作者:不详    文章来源:PCBTech       在研制带处理器的电子产品时,如何提高抗干扰能力和电磁兼容性? 1、 下面的一些系统要特别注意抗电磁干扰: (1) 微控制器时钟频率特别高,总线周期特别快的系统。 (2) 系统含有大功率,大电流驱动电路,如产生火花的继电器,大电流开关等。 (3) 含微弱模拟信号电路以及高精度A/D变换电路的系统。 2、 为增加系统的抗电磁干扰能力采取如下措施: (1) 选用频率低的微控制器: 选用外时钟频率低的微控制器可以有效降低噪声和提高系统的抗干扰能力。同样 频率的方波和正弦波,方波中的高频成份比正弦波多得多。虽然方波的高频成份的波 的幅度,比基波小,但频率越高越容易发射出成为噪声源,微控制器产生的最有影响 的高频噪声大约是时钟频率的3倍。 (2) 减小信号传输中的畸变 微控制器主要采用高速CMOS技术制造。信号输入端静态输入电流在1mA左右,输入 电容10PF左右,输入阻抗相当高,高速CMOS电路的输出端都有相当的带载能力,即相 当大的输出值,将一个门的输出端通过一段很长线引到输入阻抗相当高的输入端,反 射问题就很严重,它会引起信号畸变,增加系统噪声。当Tpd>Tr时,就成了一个传输 线问题,必须考虑信号反射,阻抗匹配等问题。 信号在印制板上的延迟时间与引线的特性阻抗有关,即与印制线路板材料的介电 常数有关。可以粗略地认为,信号在印制板引线的传输速度,约为光速的1/3到1/2之 间。微控制器构成的系统中常用逻辑电话元件的Tr(标准延迟时间)为3到18ns之间。 在印制线路板上,信号通过一个7W的电阻和一段25cm长的引线,线上延迟时间大 致在4~20ns之间。也就是说,信号在印刷线路上的引线越短越好,最长不宜超过 25cm。而且过孔数目也应尽量少,最好不多于2个。 当信号的上升时间快于信号延迟时间,就要按照快电子学处理。此时要考虑传输 线的阻抗匹配,对于一块印刷线路板上的集成块之间的信号传输,要避免出现Td>Trd 的情况,印刷线路板越大系统的速度就越不能太快。 用以下结论归纳印刷线路板设计的一个规则: 信号在印刷板上传输,其延迟时间不应大于所用器件的标称延迟时间。 (3) 减小信号线间的交叉干扰: A点一个上升时间为Tr的阶跃信号通过引线AB传向B端。信号在AB线上的延迟时间 是Td。在D点,由于A点信号的向前传输,到达B点后的信号反射和AB线的延迟,Td时间 以后会感应出一个宽度为Tr的页脉冲信号。在C点,由于AB上信号的传输与反射,会感 应出一个宽度为信号在AB线上的延迟时间的两倍,即2Td的正脉冲信号。这就是信号间 的交叉干扰。干扰信号的强度与C点信号的di/at有关,与线间距离有关。当两信号线 不是很长时,AB上看到的实际是两个脉冲的迭加。 CMOS工艺制造的微控制由输入阻抗高,噪声高,噪声容限也很高,数字电路是迭 加100~200mv噪声并不影响其工作。若图中AB线是一模拟信号,这种干扰就变为不能容 忍。如印刷线路板为四层板,其中有一层是大面积的地,或双面板,信号线的反面是 大面积的地时,这种信号间的交叉干扰就会变小。原因是,大面积的地减小了信号线 的特性阻抗,信号在D端的反射大为减小。特性阻抗与信号线到地间的介质的介电常数 的平方成反比,与介质厚度的自然对数成正比。若AB线为一模拟信号,要避免数字电 路信号线CD对AB的干扰,AB线下方要有大面积的地,AB线到CD线的距离要大于AB线与 地距离的2~3倍。可用局部屏蔽地,在有引结的一面引线左右两侧布以地线。 (4) 减小来自电源的噪声 电源在向系统提供能源的同时,也将其噪声加到所供电的电源上。电路中微控制 器的复位线,中断线,以及其它一些控制线最容易受外界噪声的干扰。电网上的强干 扰通过电源进入电路,即使电池供电的系统,电池本身也有高频噪声。模拟电路中的 模拟信号更经受不住来自电源的干扰。 (5) 注意印刷线板与元器件的高频特性 在高频情况下,印刷线路板上的引线,过孔,电阻、电容、接插件的分布电感与 电容等不可忽略。电容的分布电感不可忽略,电感的分布电容不可忽略。电阻产生对 高频信号的反射,引线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的1/20 时,就产生天线效应,噪声通过引线向外发射。 印刷线路板的过孔大约引起0.6pf的电容。 一个集成电路本身的封装材料引入2~6pf电容。 一个线路板上的接插件,有520nH的分布电感。一个双列直扦的24引脚集成电路扦 座,引入4~18nH的分布电感。 这些小的分布参数对于这行较低频率下的微控制器系统中是可以忽略不计的;而 对于高速系统必须予以特别注意。 (6) 元件布置要合理分区 元件在印刷线路板上排列的位置要充分考虑抗电磁干扰问题,原则之一是各部件 之间的引线要尽量短。在布局上,要把模拟信号部分,高速数字电路部分,噪声源部 分(如继电器,大电流开关等)这三部分合理地分开,使相互间的信号耦合为最小。 G 处理好接地线 印刷电路板上,电源线和地线最重要。克服电磁干扰,最主要的手段就是接地。 对于双面板,地线布置特别讲究,通过采用单点接地法,电源和地是从电源的两 端接到印刷线路板上来的,电源一个接点,地一个接点。印刷线路板上,要有多个返 回地线,这些都会聚到回电源的那个接点上,就是所谓单点接地。所谓模拟地、数字 地、大功率器件地开分,是指布线分开,而最后都汇集到这个接地点上来。与印刷线 路板以外的信号相连时,通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号,屏蔽电缆两端都 接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆,一端接地为好。 对噪声和干扰非常敏感的电路或高频噪声特别严重的电路应该用金属罩屏蔽起 来。 (7) 用好去耦电容。 好的高频去耦电容可以去除高到1GHZ的高频成份。陶瓷片电容或多层陶瓷电容的 高频特性较好。设计印刷线路板时,每个集成电路的电源,地之间都要加一个去耦电 容。去耦电容有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,提供和吸收该集成电路 开门关门瞬间的充放电能;另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去 耦电容为0.1uf的去耦电容有5nH分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就 是说对于10MHz以下的噪声有较好的去耦作用,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。 1uf,10uf电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频率噪声的效果要好一些。 在电源进入印刷板的地方和一个1uf或10uf的去高频电容往往是有利的,即使是用电池 供电的系统也需要这种电容。 每10片左右的集成电路要加一片充放电电容,或称为蓄放电容,电容大小可选 10uf。最好不用电解电容,电解电容是两层溥膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频 时表现为电感,最好使用胆电容或聚碳酸酝电容。 去耦电容值的选取并不严格,可按C=1/f计算;即10MHz取0.1uf,对微控制器构成 的系统,取0.1~0.01uf之间都可以。 3、 降低噪声与电磁干扰的一些经验。 (1) 能用低速芯片就不用高速的,高速芯片用在关键地方。 (2) 可用串一个电阻的办法,降低控制电路上下沿跳变速率。 (3) 尽量为继电器等提供某种形式的阻尼。 (4) 使用满足系统要求的最低频率时钟。 (5) 时钟产生器尽量靠近到用该时钟的器件。石英晶体振荡器外壳要接地。 (6) 用地线将时钟区圈起来,时钟线尽量短。 (7) I/O驱动电路尽量靠近印刷板边,让其尽快离开印刷板。对进入印制板的信号要 加滤波,从高噪声区来的信号也要加滤波,同时用串终端电阻的办法,减小信号反 射。 (8) MCD无用端要接高,或接地,或定义成输出端,集成电路上该接电源地的端都要 接,不要悬空。 (9) 闲置不用的门电路输入端不要悬空,闲置不用的运放正输入端接地,负输入端接 输出端。 (10) 印制板尽量使用45折线而不用90折线布线以减小高频信号对外的发射与耦合。 (11) 印制板按频率和电流开关特性分区,噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。 (12) 单面板和双面板用单点接电源和单点接地、电源线、地线尽量粗,经济是能承 受的话用多层板以减小电源,地的容生电感。 (13) 时钟、总线、片选信号要远离I/O线和接插件。 (14) 模拟电压输入线、参考电压端要尽量远离数字电路信号线,特别是时钟。 (15) 对A/D类器件,数字部分与模拟部分宁可统一下也不要交叉。 (16) 时钟线垂直于I/O线比平行I/O线干扰小,时钟元件引脚远离I/O电缆。 (17) 元件引脚尽量短,去耦电容引脚尽量短。 (18) 关键的线要尽量粗,并在两边加上保护地。高速线要短要直。 (19) 对噪声敏感的线不要与大电流,高速开关线平行。 (20) 石英晶体下面以及对噪声敏感的器件下面不要走线。 (21) 弱信号电路,低频电路周围不要形成电流环路。 (22) 任何信号都不要形成环路,如不可避免,让环路区尽量小。 (23) 每个集成电路一个去耦电容。每个电解电容边上都要加一个小的高频旁路电 容。 (24) 用大容量的钽电容或聚酷电容而不用电解电容作电路充放电储能电容。使用管 状电容时,外壳要接地。
  • 热度 5
    2012-11-14 15:28
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      最近看了004_ Real World testing Reliability  Safety of Lithium Ion Battery Packs ,也做了一些总结。网上还有一些相关的介绍,总体来看这种方法的介绍有些简略。        此图中,对于电池组的部件并不齐全;对于电池包失效也仅仅介绍了一部分,特别是关于电池单体出现故障,之给出了一点点提示。不过在了解不同的公司做法以后,基本的路子都是大同小异的。随着更多的材料填充在里面,电池包安全可靠性分析的已有成果,慢慢就会展现在我们的眼前。 网上其相关的内容也有: Reliability Safety of Lithium Battery Packs 其他参考材料: Reliability Engineering and Load Matrix Failure Mode Based Optimization of Durabilityand Reliability Validation Programs Load Matrix and related method  
  • 热度 3
    2012-3-23 08:43
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    失效分析的三步骤 1. 寻找根源 2. 分析问题 3. 制定措施         samon在一家知名的汽车电子零部件公司做产品设计开发。最近他开发的部件收到客户的失效反馈。客户返回一个失效样品。客户邮件写道,终端客户的遥控钥匙无法正常工作 样品正在寄往的途中,希望收到样品后,立即分析原因,并给出失效分析报告和拟定措施。对此,samon 和公司的质量管理团队立即行动,一起分析了寄回的失效样本。采取了如下的处理流程。 外观检查 检查LED 检查电池 RF 发射测试 去掉外壳(X-RAY)检查元件和电路 检查PCBA 进行生产线的最终功能测试 原理图分析 确认检查 报告  经过上面的分析,终于在X-RAY 发现了电路板上一颗电容出现异常(破裂)。 针对发现后,小组成员对此进行了分析: 引起电容破裂的原因,一定是受到很大的外力,导致破裂所致。外力的来源何处? 1)  FOB 是否因为跌落所致。(超过规格的跌落,1.5m 的极端情况)。 2) 是否是产品堆积压力所致。 3) 客户快速的按键,导致PCB 受力(板厚1.0mm)弯曲。这个电容布置恰好处于按键处于同一水平线。   根据分析的可能来源。小组成员分别进行分析和讨论。 该电容是引起天线发射性能的TUNing电容。对此, 确认场景3和场景1的可能性大。对此不管怎样,对此都需要进行验证和确认问题的根源。目前当务之急,务必制定临时措施和质量提升计划。 小组成员分别制定了临时措施和质量提升计划: 1)根据该电容的作用,确定采用0欧姆电阻来代替。原因如下:  电阻在机械强度上比电容大。电阻在高频上同样等效电容的作用。 2)进行验证   质量提升计划: 1)改变电路板上电容的位置。 2)进行验证      小组成员拟定好计划,和客户的技术团队进行了充分交流。针对计划,客户提出了如下反馈: 1) 为了确保临时措施的100%有效。   针对当前的产品线,进行100% X-RAY 测试。  针对0欧姆电阻,立即制定样品。进行性能测试和对比,同时把临时整改样品寄给客户技术团对进行确认和审核。 2)立即着手元器件位置更改的措施的计划。 3) 寻找最终原因。 4) 同时,根据PROCESS 的过程中,会引起外力的工艺进行检查。尤其pcb ROUTER(分板) 工艺也需要进行检查。   质量团队,根据再次交流下来的结果,进行分析,制定了行动计划。 1) 临时措施,立即实施。 2) 针对客户提出分板工艺,引入stress 的问题而担忧。对此质量团队,特定进行了测试,并提交了分板工艺中,该器件所受到stress的大小,进行分析,并提交了合格报告。 3) 针对质量提升计划措施,制定了更具体的实施计划。 对此,客户给予措施的认可。 从这个案列中,我们可以看见汽车电子行业,对汽车部件可靠性和质量要求严格程度。从侧面折射出,一个产品在设计中需要考虑的事项。  进行产品失效分析的步骤,what, why,how.  同样在APQP 里,对于质量问题的跟踪, 有非常有效的8D 报告的分析和解决方法。  
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