硬件可靠性测试，连接器气密性测试方法
某种产品， 要求在 90%的信心度下 MTBF 为 20000H， 因单价较贵， 只能提供 1 0 台左右的产品做测试，请问如何
判定此产品的可靠性是否达到规定的要求？
还是转化为测试。 即使有 1 0 台产品全部用于测试， 20000H 的 MTBF 也需要测 2000H 左右， 这个时间太长，应该怎么办？
此时一般用到加速测试。 对一般电子产品而言， 多用高热加速， 有时也用高湿高湿加速。 根据加速模型（ArrheniusModel），
得知加速因子的表达式为：
AF=exp{(Ea/k)*[(1 /Tu)-(1 /Ts)]+ (RHu^n-RHs^n)}
Ea 为激活能（eV） ,k 为玻尔兹曼常数且 k=8.6*10E-5eV/K。 T 为**温度、 RH 指相对湿度（单位％）、下标 u 指常态、
下标 s 指加速状态（如 RHu^n 指常态下相对湿度的 n 次方）， 一般情况下 n 取 2。
Ea 根据原材料的不同， 有不同的取值， 一般情况下：
氧化膜破坏 0.3Ev
离子性（SiO2 中 Na 离子漂移） 1 .0—1 .4Ev
离子性（Si-SiO2 界面的慢陷阱） 1 .0eV
由于电迁移而断线 0.6eV
铝腐蚀 0.6—0.9eV
金属间化合物生长 0.5—0.7eV
根据产品的特性， 取 Ea 为 0.6eV， 则在 75℃、 85%RH 下做测试 1 h， 相当于在室温（25℃、75%RH） 的加速倍数为：
AF＝EXP(0.6*((1 /298)-(1 /348))*1 0^5/8.6+(0.85^2-0.75^2))＝34
若充许一次失效， 在 90%的置信度下， 需要测试的时间为： Ttest=A*MTBF ， A 的计算同上用 EXCEL 计算，即：
A=0.5*CHIINV(1 -0.9,2*2)=0.5*CHIINV(0.1 ,4)＝0.5*7.78＝3.89；
所以要求的室温下的测试时间为： Tu=3.89*20000＝77800H；
换算后， 在高温下的测试时间为： Ta＝778000/AF＝2288Hrs；
*后， 测试方案就是： 将 1 0 台设备在 75℃、 85%的下进行 228.8Hrs 的测试， 如果失效次数小于或等于一次，就认为此
产品的 MTBF 达到了要求。
还有一种情况就是， 不知道 Ea， 公司内部以前没有数据、 行业也没有推荐使用的具体值。 此时就只能近似估计。 具体方法
如下： 在三个高温（t1 ,t2,t3, t1<t2<t3） 下做测试， t1 下的产品较多（建议在 50 台），t2 下的产品其次（建议在 30 台）， t3
下的产品*少（建议在 1 0 台）， 计算出三个温度下产品的寿命， 然后计算出此产品对应的 Ea。 只考虑温度时，产品寿命
Life=EXP(Ea/kT)， 对方程式两边取对数 Ln(life)=(Ea/k)*(1/T)， 将三个温度点下对应Ln(life)和(1 /T)画图， 拟合直线的斜率
就是 Ea/K。
实际工作中， 没有那么样品， 只能用*少的样品数： 9 台（每个温度下各三台）。 具体做法是：
a.取三台设备在高温 T 下运行， 观察产品的失效情况。 若产品较快失效， 则取 t1 ＝T， t2＝t1 －15℃， (1/t3)-(1 /t1 )＝
2((1 /t2)-(1 /t1 ))； 若产品长时间没有失效， 则取 t3＝T， t2=t3＋1 5℃， (1 /t3)-(1/t1 )＝2((1 /t2)-(1 /t1 ))。
b． 根据三个温度点对应的产品寿命时间， 计算出此产品的 Ea。
上面的方法对元器件都比较适用， 对一些系统， 可能就不太合适了。
2、 基本 MTBF 的计算
因为 MTBF 是一个统计值， 通过取样、 测试、 计算后得到的值与真实值有一定的差异； 而且具体到每个产品时，其失效间
隔时间与 MTBF 又有一定的差异， 又有置信度的概念， 这样您的计算值与客户的要求高出一些（如多出 1 个数量级），就
可以接受。 如客户要求产品的 MTTF 为 20 年， 我们计算出来为 1 00 年， 是可以接受的， 如果计算出来刚好是 20年， 反
而让人觉得是不是用不到 20 年。 如何计算产品的 MTBF， 这里给出两个我用到的方法。
一个日本客户要求我们的“光隔离器”（一种用在光路上的不可修复的元器件， 只能让光顺行而不能逆行， 相当于电路上的
二极管） 的产品寿命为 20 年， 我们进行了如下动作。
第一步： 找到计算公式； 我们使用 Bellcore 推荐的计算公式： MTBF＝Ttot/( N*r)；
说明： N 为失效数（当没有产品失效时 N 取 1 ）； r 为对应的系数（取值与失效数与置信度有关）；
Ttot 为总运行时间；
第二步： 找到可靠性测试的数据； 我们直接采用我们做过的“高温高湿贮存” 的结果： 11 个样品在 85%RH、85℃下贮存
2000Hrs 时没有失效发生；
第三步： 找到对应的激活能（Ea）； 我们采用 Bellcore 推荐的 Ea， 为 0.8eV；
第四步： 计算在温室下的运行时间；
①因为没有样品失效， 所以 N＝1 ；
②r 取 0.92（对应 60%的置信度） 或 2.30（对应 90%的置信度）；
③光隔离器在室温下运行， 相当于 40℃/85%的贮存；
④Ea 为 0.8eV， 计算得到从 85℃/85%到 40℃/85%的加速倍数为 42；
⑤60%的置信度下， MTBF＝Ttot/(N*r)＝（11 *2000*42） /(1 *0.92),结果即为 114年；
90%的置信度下， MTBF＝Ttot/(N*r)＝（11 *2000*41 .6） /(1 *2.30),结果即为 45年；
从上面的计算可以看出， 此计算用到了两个条件： 进行了高温高湿测试、 产品对应的激活能取 0.8， 这两个条件在Bellcore
里、 针对光隔离器的文件 1 221 中有推荐使用。 很多时候， 因为测试时间太长（如 1 000H、 5000H 等）没有进行、 激活能
难以确定用多少才合适， 所以不可直接计算， 需要进行一些相关的测试。
取 9 个样品， 分三组， 分别在 85℃、 1 05℃、 1 27℃下运行， 运行过种中“在线监测”产品性能（虽然产品本身有很多参
数要测试， 在我们的测试中取*主要的参数 IL 监测， 光通信业认为当产品的 IL 变化量超过 0.5dB 时就认为产品Fail）。 实
际测试中， 产品在 1 27℃下运行很快 Fail， 当产品在 1 05℃下运行 Fail， 停止了测试，各种数据如下表：
温度值（A） 初始 IL（B） 停止时间（C） 停止 IL（D） 变化量（D-A） 变化量均值
1 27 0.31 300 0.81 0.50 0.50
0.46 500 0.96 0.50
0.37 400 0.87 0.50
1 05 0.35 800 0.85 0.50 0.446667
