电子设备可靠性指标的验证方式及适用性

目前验证电子设备可靠性指标的方式主要有基于GJB899A的常规可靠性试验、可靠性评估和加速可靠性试验等。

01.常规可靠性试验

其中，基于GJB899A的常规可靠性试验适用于可靠性指标相对不高的电子设备。一般根据电子设备相关技术文件的规定，通过选取合适的试验统计方案，在实验室环境条件下施加极限应力进行考核验证，其特点是试验周期相对较长、试验费用较高。

02.可靠性评估

可靠性评估一般通过收集设备某个阶段的实际使用数据或各个分设备试验数据进行统计分析，定量评估其可靠性指标。由于系统级电子设备组成庞大、结构复杂，国内实验室不具备系统级可靠性试验的能力，一般采用可靠性评估的方式进行验证。因此，可靠性评估适用于系统级的电子设备。

03.可靠性加速试验

可靠性加速试验是基于电子设备的故障物理分析结果，以确定电子设备的加速试验条件和加速因子，通过对电子设备施加高于正常水平的应力，实现在较短的时间内快速评估电子设备可靠性水平的试验方法。可靠性加速试验解决了常规可靠性试验时间长、效率低及费用高等问题，适用于高可靠性（通常指标在5000h以上）、长寿命的电子设备。

随着科技的快速发展和进步，武器装备的研制周期越来越短、更新换代的速度越来越快。尤其是在武器系统中起重要作用的电子设备，其逐渐向小型化、数字化和集成化的方向发展，同时随着工艺和技术水平的进步，许多电子设备的可靠性指标已经达到了数千甚至上万小时以上。电子设备可靠性水平的大幅提升，使得常规的可靠性试验方法难以满足高可靠性电子设备指标验证的需求。为快速评价电子设备的可靠性水平，采用可靠性加速试验的方式成为研制方的不二选择。

可靠性加速试验实施

电子设备的可靠性水平主要受温度、湿度、振动、冲击、电应力等各种环境因素的影响。20世纪90年代，美国军方对某基地电子产品故障进行调查分析，结果表明在环境因素引起的损坏失效或故障产品中，由温湿度引起的占60%，振动因素引起的占27%。由此可见，温湿度应力和振动应力是引起电子产品失效的主要环境因素。

可靠性加速试验一般分为以下几个实施阶段：故障物理分析、确定试验条件、试验实施和可靠性评估。

01故障物理分析

可靠性加速试验是围绕电子设备的故障模式与故障机理进行的，进行加速试验的前提是：设备在短时间的加速应力条件下暴露出来的故障模式和故障机理，应与长时间使用环境下的故障模式和故障机理相一致。否则，通过加速试验获得结果不能真实反映电子设备的可靠性水平。

故障物理分析的目的是为了分析电子设备在其寿命周期环境条件下可能发生的故障位置、故障机理和故障模式。电子设备的寿命周期环境条件是指：电子设备在预期的任务剖面和环境剖面下，其可能承受的环境载荷(如温度、温度循环、振动、相对湿度等)和工作载荷（如电压、电流等）。

故障物理分析的主要方法有以下三个：

(1)采用有限元建模与仿真相结合的方法进行分析计算，简称仿真试验或仿真分析；

(2)利用相似产品故障数据进行推断，简称相似产品法；

(3)设计小型试验进行分析。

其中，可靠性仿真试验是故障物理分析最有效的手段之一。仿真试验以电子产品的结构、材料属性、器件类型、互联等信息作为输入，建立起电子产品的仿真模型，通过对该仿真模型施加各种模拟的环境条件和载荷，从而得出电子产品中各种故障可能发生的时间和模式。

02加速试验应力的确定

加速试验应力的选取一般需遵循以下原则：

1）加速试验应力的类型应基于电子设备主要的故障模式和故障机理，即影响电子设备失效的主要因素；

2）加速试验应力应足够大，才能达到缩短试验时间，快速评价电子设备可靠性水平的目的。但是，加速试验应力不是无限加大，需要在设备极限工作应力范围内，否则发生的故障模式和故障机理与设备长时间使用的故障模式和故障机理不一致，达不到加速试验的目的；

3）加速试验中应对电子设备的功能性能进行检测。

03加速试验的实施

针对电子设备，一般是采用整机加速的方式。首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验时间。然后选取影响电子设备失效主要环境因素，如温度、湿度、振动和电应力。根据电子设备的各个环境因素的极限应力，制定加速试验剖面，确定加速因子。最后根据试验时间和加速因子计算出可靠性加速试验时间和循环数。

04评估设备的可靠性水平

针对电子设备，一般是采用整机加速的方式。首先按照GJB899A-2009的规定选取统计试验方案，确定试验时间。然后选取影响电子设备失效主要环境因素，如温度、湿度、振动和电应力。根据电子设备的各个环境因素的极限应力，制定加速试验剖面，确定加速因子。最后根据常规可靠性试验时间和加速因子计算出可靠性加速试验的有效时间和循环数。

加速试验模型

加速模型是加速试验方案制定和试验数据统计分析的依据。单一应力下的加速模型成熟度较高，如阿伦尼斯模型为表征温度加速的模型，逆幂率模型表征动态应力（如冲击、振动）或气候应力（如温度变化、湿度、太阳辐射等）加速的模型。由于在综合环境下，多种应力相互叠加耦合，电子设备的失效机理和失效模式较为复杂，确立其加速应力与正常应力下的关系存在一定的难度。

目前，多种环境应力下的加速模型主要有两大类，一类是各种加速应力单独作用，忽略其相互之间的耦合作用，其代表为Peck模型；另一类是各种加速应力之间具有一定的相互耦合作用，其代表是广义艾琳模型。