MTB F 計算方法概論 品質系統中心 QA-STD-MI-001A.

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1 MTB F 計算方法概論 品質系統中心 QA-STD-MI-001A

2 MTBF: Mean Time Between Failure
1. 意義:可修復之產品~兩次相鄰故障的平均工作時間, 是一種可靠度之統計數值.通常均以小時為計算單位. 2. 通常以小時為單位. EX. 100,000 hours. 3. 若為故障而不可修復之產品,則不適用MTBF之計算. 但可計算其MTTR (Mean Time To Repair). 稱之為: 平均維修時間. 4. 若為產品在正常環境及條件下,連續性測試從一而終, 所計算之時間為:壽命試驗(Life Cycle)

3 1.MTBF測試原理 1.1加速壽命試驗 (Accelerated Life Testing)
1.1.1 執行壽命試驗的目的在於評估產品在既定環境下之使 用壽命. 1.1.2 常規試驗耗時較久,且需投入大量的金錢,而產品可靠度 資訊又不能及時獲得並加以改善. 1.1.3 可在實驗室裡以加速壽命試驗的方法,在可接受的試驗 時間裡評估產品的使用壽命. 1.1.4 是在物理與時間上,加速產品的劣化肇因,以較短的時間 試驗來推定產品在正常使用狀態的壽命或失效率.但基 本條件是不能破壞原有設計特性.

4 1.MTBF測試原理 1.1.5 一般情況下, 加速壽命試驗考慮的三個要素是環境應 力,試驗樣本數和試驗時間.
1.1.6 一般電子和資訊業的零件可靠度模式及加速模式幾乎 都可以從美軍規範或相關文獻查得,也可自行試驗分析, 獲得其數學經驗公式. 1.1.7 如果溫度是產品唯一的加速因素,則可採用阿氏模型 (Arrhenius Model),此模式最為常用. 1.1.8 引進溫度以外的應力,如濕度,電壓,機械應力等,則為 愛玲模型(Eyring Model).產品包括電燈,液晶顯示元件, 電容器等適用此模式.

5 1.MTBF測試原理 1.1.9 反乘冪法則(Inverse Power Law)適用於金屬和非金 屬材料,軸承和電子裝備等.
復合模式(Combination Model)適用於同時考慮溫度 與電壓作為環境應力的電子材料,如電容. 一般情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和資訊類成品也可適用阿氏模型,原因是成品類的失效 模式是由大部分主動式電子零件所構成.因此,阿氏模 型,廣泛應用於電子﹑資訊行業.

6 1.MTBF測試原理 1.2.1. 阿氏模型起源於瑞典物理化學家Svandte Arrhenius 1887年提出的阿氏反應方程式.
R 為反應速度 speed of reaction A 為未知之非溫度常數 a unknown non-thermal constant EA 為活化能 activation energy (eV) K 為Boltzmann常數,等於8.623*10-5eV/0K. T 為絕對溫度(Kelvin)

7 1.MTBF測試原理 1.2.2. 加速因子 加速因子即為產品在使用條件下的壽命和高測試應力條件下 的壽命的比值.
如果產品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為: Vu為使用條件下的絕對溫度 Va為加速條件下的絕對溫度 B=EA/K

8 1.MTBF測試原理 1.2.3.加速因子中活化能Ea的計算
活化能是分子與化學或物理作用中需具備的能量,單位是電子伏特Ev. 當試驗的溫度與使用溫度差距範圍不大時,則Ea可設為常數. Ea= K* (Inλa – Inλn)/(1/Tn-1/Ta) λa為加速溫度時的失效率 λn為正常溫度時的失效率 Tn, Ta均為絕對溫度0K λa和λn可以以試驗的方式的得出,但需要較長的試驗時間.而且新機種的失效率很難在短時間內得出.

9 1.MTBF測試原理 一般電子產品在早夭期失效之Ea為0.2~0.6eV,正常有用期失效之Ea趨近於1.0eV;衰老期失效之Ea大於1.0eV. 根據Compaq 可靠度工程部(CRE)的測試規範,Ea是機台所有零件Ea的平均值.如果新機種的Ea無法計算,可以將Ea設為0.67eV,做常數處理. 目前,Dell和HP,Motorola等機種的Ea設為0.6eV.後 續將統一定為0.67eV.

10 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.1.Motorola,NEC,FUJI機種…
2.1.1.根據burn in room的實際狀況確定樣本數量和環境溫度 如HP機種一般為56台,500C. 2.1.2.根據阿氏模型計算溫度加速系數. 2.1.3.根據機台ON/OFF時序計算占空比(Duty Cycle) 和加速系數.如 25min on,5min off時, DC=25/(25+5)=0.833 AFpower=60min/(25+5)min=2 2.1.4.根據Confidence Level計算GEM(General Exponential Model)系數.如CL為90%,無不良發生時,GEM為

11 Confidence Level The confidence level is the probability value          associated with a confidence interval. It is often expressed as a percentage. For example, say                  , then confidence level = (1-0.05) = 0.95, that is, a 95% confidence level. ********************* For Example a. Conservative party would win 60% of the vote. b. The pollster might attach a 95% confidence level to the interval 60%. c. = plus or minus 3%(60%*(1- 95% )) That is, he thinks it very likely that the Conservative party would get between 57% and 63% of the total vote.

12 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.1.5.Ea設為0.67eV. 2.1.6.根據MTBF計算公式計算測試持續時間.
Duration =MTBFspec * GEMfactor/(DC*Sample size*AFpower*AFtemp) 2.1.7.將計算結果與客戶的要求做比較,如果測試時間過長, 則可適當增加樣本數量,重新修正測試計劃.

13 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.2.Dell desktop機種 2.2.1.一般為200台,500C.共分成4組:
50pcs 110Vac,AC on/off 50pcs 110vac,DC on/off 50pcs 220Vac,AC on/off 50pcs 220vac,DC on/off 2.2.2.根據阿氏模型計算溫度加速系數. 2.2.3.根據機台ON/OFF時序計算占空比(Duty Cycle) 如 25min on,5min off時, DC=25/(25+5)=0.833 2.2.4.根據Confidence Level計算GEM(General Exponential Model)系數.如CL為90%,無不良發生時,GEM為

14 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.2.5.Ea設為0.67eV. 2.2.6.根據DMTBF計算公式計算測試持續時間.
Duration = MTBFspec* GEMfactor/(Sample size*AFpower*AFtemp) 2.2.7.將計算結果與客戶的要求做比較,如果測試時間過長, 則可適當增加樣本數量,重新修正測試計劃.

15 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.3.Motorola,CISCO機種
2.3.1.根據burn in room的實際狀況確定樣本數量和環境溫度 如HP機種一般為56台,500C或600C. 2.3.2.根據阿氏模型計算溫度加速系數. 2.3.3.根據機台ON/OFF時序計算占空比(Duty Cycle) 和加速系數.如 25min on,5min off時, DC=25/(25+5)=0.833 AFpower=60min/(25+5)min=2 2.3.4.根據Confidence Level計算GEM(General Exponential Model)系數.如CL為90%,無不良發生時,GEM為

16 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.3.5.Ea設為0.67eV. 2.3.6.根據DMTBF計算公式計算測試持續時間.
Duration = MTBFspec * GEMfactor/(DC*Sample size*AFpower * AFtemp) 2.3.7.將計算結果與客戶的要求做比較,如果測試時間過長, 則可適當增加樣本數量,重新修正測試計劃.

17 2.MTBF測試計劃的制定方法 2.4.Smart機種 2.4.1.樣本數量為32台.
2.4.2.環境溫度為600C,負載為full load. 2.4.3.要在MTBF測試的0,168,500,1000小時的時候對樣 機進行ATE測試. 2.4.4.如有不良發生,要紀錄發生的時間並報告客戶,以便 修正其MTBF計算的Time to failure數據.

18 結論 目前: 1.只有軟體模擬MTBF. 未來: 2.為應付未來一線廠廠商,需做實機 量測估算MTBF.