可靠性基礎篇（一）

1.1可靠性的特徵量

1.1.1 概率密度函數

概率密度函數(Probability Density Function)，指整個時間範圍內的失效分布，和反映了產品完全失效的速度。記為f(t)。f(t)的值越大，說明在時間周圍的很小區間內發生的產品失效越多。儘管f(t)很少被用來量化可靠性，但是它是獲得可靠性指標的重要基礎。

1.1.2 可靠性函數

可靠性（Reliability）是指產品在規定的條件下、規定的時間內完成規定的功能的概率，記為R(t）。可用下式表達,見公式：

以LED照明產品為例來解釋這個三個規定：

1) 「規定的條件」：這個條件包含應力類型、量級、使用率、運行剖面等。LED產品應用中，溫度、濕度、電壓、振動，腐蝕等都是比較常見的應力條件。比如室內照明一般規定溫度範圍為-20~35度，濕度範圍為30%RH~60%RH，戶外照明一般規定溫度範圍為-40~65度，濕度範圍為10%RH~85%RH。家用照明每天開關次數平均3~4次，而商業照明為1~2次。

2) 「規定的時間」：這個時間可以是保修期、設計壽命、任務周期等等。這個規定的時間必須能體現客戶的期望，並且具備市場競爭力。如某知名LED企業宣稱他們的一款LED射燈的壽命時間為25000小時。而在時間到達25000小時後，可靠性要求為50%。

3) 「規定的功能」：LED燈泡能正常發出光亮，並且光輸出在初始值的70%以上，顏色沒有發生漂移，那麼這個就是規定的功能。

1.1.3 失效分布函數

失效分布函數又稱累積失效分布函數（Cumulative Distribution Function)，指產品在規定的條件和規定的時間內發生實效的概率，記為F(t)。可用下式表示,見公式：

眾所周知，R(t)與F(t)是一對互補的函數，即R(t)+F(t)=1。因為在開始工作時, 沒有任何產品出現問題，即R(0)=1,F(0)=0。隨著時間的增加，失效數也不斷增加，可靠性也相應減小。下圖反應了R(t)與F(t)隨時間的曲線變化：

可靠性與累積失效關係

1.1.4 失效率函數

失效率是指已工作到t時刻的產品，在時刻t後單位時間內發生失效的概率，記為

。公式表示為：

雖然f(t)也能反映產品失效的變化速度，但是與

相比卻顯得不夠靈敏。通常，根據失效率在時間軸上的變化趨勢，可以分為三種不同的類型：遞減型、恆定型和遞增型。按失效率變化規律，可把產品的全部壽命周期分為三個時期，如下圖所示：

浴盆曲線

1) 早期失效：這裡一階段的失效由於元器件來料缺陷、工藝製程異常、客戶誤操作等原因引起。隨著時間的推移，失效率成遞減趨勢。跟其他電子行業類似，LED照明企業也通過老化，應力篩選等方式來剔除不良品，瞬時失效率得以下降，而留存下來的產品就更加可靠了。

2) 偶然失效：這一時期的產品失效率近似恆定不變，產品主要由於過應力超過設計強度而所導致的失效。例如：由於意外或瞬時的電路過載引起LED損壞，或者應用環境突然惡化導致LED照明系統溫度過熱，造成元器件損壞。對於這一階段的失效，可以通過降額設計、容差分析、HALT等方法來提高產品的安全裕度，從而獲得更低的失效率。

3) 退化失效：產品的材料、元器件，焊點，連接器等，由於性能衰退、疲勞累積、磨損等原因，出現失效率遞增的現象。為了降低失效的影響，可以通過預防性維護、定期更換等方式來實現。對於LED照明這樣的不可維修的產品，只能通過優化設計，改進工藝流程，選取優質元器件來延長有效使用周期，從而淡化退化失效的影響。