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MTB F 計算方法概論 品質系統中心 QA-STD-MI-001A

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Page 1: Mtbf Formula

 

MTB F 計算方法概論

品質系統中心QA-STD-MI-001A

Page 2: Mtbf Formula

 

MTBF: Mean Time Between Failure

1. 意義 : 產 品可修復之 品 ~兩次相鄰故障的平均工作時間 , 值是一種可靠度之統計數 . 為 計 算 單 位通常均以小時 計算單位 .

2. 為 單 位通常以小時 單位 . EX. 100,000 hours.

3. 為 故 障 而 不 可 修 復 之 產 品若 故障而不可修復之 品 ,則不適用MTBF之計算 . 但可計算其MTTR (Mean Time To Repair). 為稱之 : 平均維修時間 .

4. 為 產 品 在 正 常 環 境 及 條 件 下若 品在正常環境及條件下 ,連續性測試從一而終 , 為所計算之時間 :壽命試驗 (Life Cycle)

Page 3: Mtbf Formula

 

1.1 加速壽命試驗 (Accelerated Life Testing) 1.1.1 產 品 在 既 定 環 境 下 之 使 執行壽命試驗的目的在於評估 品在 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 , 產 品 可 靠 度 而 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

產 品 的 使 用 壽 命時間裡評估 品的使用壽命 . 1.1.4 是在物理與時間上 , 產 品 的 劣 化 肇 因加速 品的劣化肇因 ,以較短的時間

產 品 在 正 常 使 用 狀 態 的 壽 命 或 失 效 率試驗來推定 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 .

1.MTBF測試原理

Page 4: Mtbf Formula

 

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 查 得都可以從美軍規範或相關文獻 得 ,也可自行試驗分析 , 獲得其數學經驗公式 . 1.1.7 產 品 唯 一 的 加 速 因 素如果溫度是 品唯一的加速因素 ,則可採用阿氏模型 (Arrhenius Model), 為 常 用此模式最 常用 . 1.1.8 引進溫度以外的應力 ,如濕度 ,電壓 ,機械應力等 , 為則 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 .

1.MTBF測試原理

Page 5: Mtbf Formula

 

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 . 1.1.10.復合模式 (Combination Model)適用於同時考慮溫度 為 環 境 應 力 的 電 子 材 料與電壓作 環境應力的電子材料 ,如電容 . 1.1.11.一般情況下 ,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 .

1.MTBF測試原理

Page 6: Mtbf Formula

 

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)

1.MTBF測試原理

Page 7: Mtbf Formula

 

1.2.2. 加速因子 為 產 品 在 使 用 條 件 下 的 壽 命 和 高 測 試 應 力 條 件 下加速因子即 品在使用條件下的壽命和高測試應力條件下

值的壽命的比 .

產 品 壽 命 適 用 於 阿 氏 模 型如果 品壽命適用於阿氏模型 , 為則其加速因子 :

Vu 為 絕 對 溫 度使用條件下的 對溫度

Va 為 絕 對 溫 度加速條件下的 對溫度

B=EA/K

1.MTBF測試原理

Page 8: Mtbf Formula

 

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 為 常 數可設 常數 . Ea= K* (Inλ a – Inλ n)/(1/Tn- 1/Ta) λ a 為 加速溫度時的失效率 λ n 為 正常溫度時的失效率 Tn, Ta 為 絕 對 溫 度均 對溫度 0K λ a和 λ n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 .

1.MTBF測試原理

Page 9: Mtbf Formula

 

產 品 在 早 夭 期 失 效 之一般電子 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 值的平均 .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 為設 0.6eV.後 為續將統一定 0.67eV.

1.MTBF測試原理

Page 10: Mtbf Formula

 

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 為機種一般 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

2.3026.

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 11: Mtbf Formula

 

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. α= 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.

Confidence Level

Page 12: Mtbf Formula

 

2.1.5.Ea 為設 0.67eV.

2.1.6.根據 MTBF 計算公式計算測試持續時間 .

Duration =MTBFspec * GEM factor/(DC*S ample s ize*AFpower*AF temp)

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 .

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 13: Mtbf Formula

 

2.2.Dell desktop機種 2.2.1. 為一般 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 2.3026.

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 14: Mtbf Formula

 

2.2.5.Ea 為設 0.67eV.

2.2.6.根據 DMTBF 計算公式計算測試持續時間 .

Duration = MTBFspec* GEM factor/(S ample s ize*AFpower*AF temp)

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 .

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 15: Mtbf Formula

 

2.3.Motorola,C IS CO 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 為機種一般 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2.3026.

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 16: Mtbf Formula

 

2.3.5.Ea 為設 0.67eV.

2.3.6.根據 DMTBF 計算公式計算測試持續時間 .

Duration = MTBFspec * GEM factor/(DC*S ample s ize*AFpower * AF temp)

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 .

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 17: Mtbf Formula

 

2.4.S mart機種 2.4.1. 為樣本數量 32台 . 2.4.2. 為環境溫度 600C, 為負載 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 .

2.MTBF測試計劃的制定方法

Page 18: Mtbf Formula

 

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.