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透過(guò)MTBF,去發(fā)現(xiàn)其背后的故事!

SSDFans ? 來(lái)源:lp ? 2019-04-19 17:25 ? 次閱讀

奉旨出征

ReliabilityTesting作為SolidStateDrive(簡(jiǎn)稱固態(tài)硬盤)SIT測(cè)試階段最重要的測(cè)試項(xiàng),推動(dòng)著產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提升。UBER、Endurance、Retention、TemperatureExtreme、MTBF等可靠性指標(biāo)值也作為產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一部分體現(xiàn)在產(chǎn)品規(guī)格書中。馬克思先生指導(dǎo)我們:“Seethroughtheappearancetoperceivetheessence”,這期讓我們透過(guò)MTBF,去發(fā)現(xiàn)其背后的故事!

戰(zhàn)前準(zhǔn)備

古人有云:兵馬未動(dòng),糧草先行;宜未雨而綢繆,毋臨渴而掘井;足不強(qiáng)則跡不遠(yuǎn),鋒不铦則割不深!不錯(cuò),總結(jié)就是:開戰(zhàn)前,我們先把幾個(gè)基本概念理清楚(敲黑板,劃紅線)!

FailureRate:failureRateλ,λ定義為失效個(gè)數(shù)r與n測(cè)試樣品在指定測(cè)試條件下運(yùn)行t時(shí)間的比值,即λ=r/n*t。針對(duì)電子產(chǎn)品,通常我們用FIT(FailureInTime)體現(xiàn),如1FIT代表運(yùn)行10^9小時(shí),出現(xiàn)1個(gè)失效設(shè)備。

例子:4000個(gè)測(cè)試設(shè)備,同時(shí)持續(xù)運(yùn)行了5000個(gè)小時(shí),最終發(fā)現(xiàn)有2個(gè)設(shè)備發(fā)生故障,則通過(guò)計(jì)算可以得知λ=2/4000*5000h=1*10^-7h,則λ=100FIT

浴盆曲線:又稱失效率曲線,指產(chǎn)品從投入到報(bào)廢為止的整個(gè)生命周期內(nèi),其可靠性的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律,大致分為早期失效期、隨機(jī)失效期、損耗失效期。我們通常描述的FIT實(shí)際是指的是隨機(jī)失效期(明確失效周期可以指導(dǎo)我們正確定義Ea值,進(jìn)而減少實(shí)際誤差)

MTBF:即平均故障間隔時(shí)間,英文全稱是“MeanTimeBetweenFailure”,指新的產(chǎn)品在規(guī)定的工作環(huán)境條件下開始工作到出現(xiàn)第一個(gè)故障的時(shí)間的平均值。MTBF越長(zhǎng)表示可靠性越高,保持正確工作能力越強(qiáng),單位為“小時(shí)”。通常也指相鄰兩次故障之間的平均工作時(shí)間,也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產(chǎn)品(不可維修產(chǎn)品我們用MTTF定義)。當(dāng)產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時(shí),失效率的倒數(shù)表示兩個(gè)失效之間的時(shí)間間隔。λ=1/MTBF

例子:某產(chǎn)品SSDMTBF值標(biāo)稱為150萬(wàn)小時(shí),保修5年;150萬(wàn)小時(shí)約為171年,并不是說(shuō)該產(chǎn)品SSD每塊盤均能工作171年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/171年,即該固態(tài)硬盤的平均年故障率約為0.6%,一年內(nèi),平均1000塊固態(tài)硬盤有6塊會(huì)出故障。

綜上所述,F(xiàn)IT/MTBF值是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要參數(shù),測(cè)試工程師經(jīng)常使用各種不同的方法與標(biāo)準(zhǔn)來(lái)估計(jì)產(chǎn)品的MTBF值,其目的就是為了找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。

真槍實(shí)戰(zhàn)

古人云:萬(wàn)事俱備,只欠東風(fēng);養(yǎng)兵千日,用兵一時(shí);十年磨一劍,霜刃未曾試。總結(jié)一句話就是:實(shí)戰(zhàn)中,我們可以通過(guò)一些工程化的測(cè)試方法,使測(cè)試MTBF參考值和實(shí)際應(yīng)用中MTBF值誤差最小。

MTBF有三種測(cè)試方法,分別是:預(yù)測(cè)法、實(shí)驗(yàn)法、實(shí)測(cè)法,三種方法都可以完成MTBF的測(cè)試需求,蘿卜白菜各有所愛(ài),文章結(jié)束,大家應(yīng)該能找到屬于自己的答案。

MTBF預(yù)測(cè)法:

1、標(biāo)準(zhǔn)局限性:目前最通用的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)是MIL-HDBK-217、GJB/Z299B和Bellcore,分別用于軍工產(chǎn)品和民用產(chǎn)品。其中,MIL-HDBK-217是由美國(guó)國(guó)防部可靠性中心Rome實(shí)驗(yàn)室提出并成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),專門用于軍工產(chǎn)品MTBF值計(jì)算,GJB/Z299B是我國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn);而Bellcore是由AT&TBell實(shí)驗(yàn)室提出并成為商用電子產(chǎn)品MTBF值計(jì)算的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MIL-HDBK-217據(jù)說(shuō)95年發(fā)布一版后就不再維護(hù)更新了,所以標(biāo)準(zhǔn)本身也有局限性

2、預(yù)測(cè)法局限性:預(yù)測(cè)法主要采用應(yīng)力分析法和元件計(jì)數(shù)法分析產(chǎn)品的MTBF。主要考慮的是產(chǎn)品中每個(gè)器件的失效率;影響因素包括:πE環(huán)境因素Environmentfactor)、πQ品質(zhì)因素:(Qualityfactor)、πA應(yīng)用因素:(Applicationfactor)、πC復(fù)雜性因素:(Qualityfactor)、πL累計(jì)因素:(Learningfactor)、πS電應(yīng)力因素:(ElectricalStressfactor)、πT溫度因素:(Temperaturefactor)等。受各種因素影響,以及計(jì)算參數(shù)的選擇上受計(jì)算人員對(duì)系數(shù)的掌握和了解程度影響很大,因此和實(shí)際值相比會(huì)有很大的差異。不推薦

MTBF實(shí)測(cè)法:

顧名思義,就是直接測(cè)試,最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果,比如MTBF比較小的產(chǎn)品可以按照這種方法直接驗(yàn)證,假如產(chǎn)品手冊(cè)宣稱150萬(wàn)小時(shí),這種方法的確不太可行。

MTBF實(shí)驗(yàn)法:

這種方法是我個(gè)人比較推薦的一種方法,經(jīng)過(guò)合理的測(cè)試方法,參考準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)評(píng)估出來(lái)的MTBF也是比較準(zhǔn)確的,實(shí)驗(yàn)法大致也分:定時(shí)截尾試驗(yàn):指實(shí)驗(yàn)到規(guī)定的時(shí)間終止。定數(shù)截尾試驗(yàn):指實(shí)驗(yàn)到出現(xiàn)規(guī)定的故障數(shù)或失效數(shù)時(shí)而終止。因?yàn)闇囟仁俏覀儺a(chǎn)品唯一的加速因素,所以這里我引入了加速因子(AF:AccelerateFactor),加速因子AF即為產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命和高測(cè)試應(yīng)力條件下的壽命的比值。一般采用ArrheniusModel(阿氏模型),AF=e{Ea/Kb*[1/Tn-1/Ta]}(畫圈圈,在我們ReliabilityTesting中會(huì)經(jīng)常用到這個(gè)AF)。

Ea:活化能,單位eV,活化能高,表示對(duì)溫度變化影響比較顯著。當(dāng)試驗(yàn)的溫度與使用溫度差距范圍不大時(shí),Ea可設(shè)為常數(shù)。一般電子產(chǎn)品在早期失效期的Ea為0.2~0.6eV,隨機(jī)失效期的Ea趨近于1.0eV;損耗失效期的Ea大于1.0eV。后面例子我用到Ea值=1.1

Kb:BoltzmannConstant波茲曼常數(shù),(0.00008623eV/°k)

Tn:正常操作條件絕對(duì)溫度(°k)

Ta:加速壽命試驗(yàn)條件絕對(duì)溫度(°k)

E:2.718

ConfidenceLevel:信心度,一般為60%,α=0.4;90%,α=0.1

UCL:UnitConfidenceLevel,信心系數(shù)。UCL=X^2(α,2r+2),使用卡方公式作為對(duì)MTBF準(zhǔn)確性的要求,因此冒險(xiǎn)率越小,X^2就越大,計(jì)算的MTBF越小,可信度越高。同時(shí)失效數(shù)r越大,不良率就高了,X^2自然也變大,在同樣的時(shí)間下MTBF就會(huì)變小。該值可以直接參考JESD47,附表為ConfidenceLevel=60%時(shí)的UCL

亮劍公式:

MTBF=Total Test Time*AF/UCL

Total Test Time=(Sample Size) *(Test Days)*(Power On Hours/Day)

例:100塊樣品,信心度為0.6,用戶使用溫度為30度,測(cè)試溫度為55度。假設(shè)在測(cè)試60天后,有1塊盤失效,請(qǐng)計(jì)算MTBF值。

(我自己做了一個(gè)專門計(jì)算AF的表,只需要輸入正常使用溫度和壓力溫度方可計(jì)算出AF值,如果需要該Excel請(qǐng)關(guān)注下面公眾號(hào)下載,根據(jù)上述描述可以算的AF=24.78)

AF= AF=e{ Ea/Kb*[1/Tn-1/Ta]}=24.78

MTBF=100*60*24*24.78/2.03≈170W 小時(shí)

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原文標(biāo)題:MTBF,到底怎么測(cè)?

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