奉旨出征

ReliabilityTesting作為SolidStateDrive（簡稱固態硬盤）SIT測試階段最重要的測試項，推動著產品質量的不斷提升。UBER、Endurance、Retention、TemperatureExtreme、MTBF等可靠性指標值也作為產品競爭力的一部分體現在產品規格書中。馬克思先生指導我們：“Seethroughtheappearancetoperceivetheessence”，這期讓我們透過MTBF，去發現其背后的故事！

戰前準備

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

FailureRate：failureRateλ，λ定義為失效個數r與n測試樣品在指定測試條件下運行t時間的比值，即λ=r/n*t。針對電子產品，通常我們用FIT（FailureInTime）體現，如1FIT代表運行10^9小時，出現1個失效設備。

例子：4000個測試設備，同時持續運行了5000個小時，最終發現有2個設備發生故障，則通過計算可以得知λ=2/4000*5000h=1*10^-7h，則λ=100FIT

浴盆曲線：又稱失效率曲線，指產品從投入到報廢為止的整個生命周期內，其可靠性的變化呈現一定的規律，大致分為早期失效期、隨機失效期、損耗失效期。我們通常描述的FIT實際是指的是隨機失效期（明確失效周期可以指導我們正確定義Ea值，進而減少實際誤差）

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

例子：某產品SSDMTBF值標稱為150萬小時，保修5年；150萬小時約為171年，并不是說該產品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，即該固態硬盤的平均年故障率約為0.6%，一年內，平均1000塊固態硬盤有6塊會出故障。

綜上所述，FIT/MTBF值是產品設計時要考慮的重要參數，測試工程師經常使用各種不同的方法與標準來估計產品的MTBF值，其目的就是為了找出產品設計中的薄弱環節。

真槍實戰

古人云：萬事俱備，只欠東風；養兵千日,用兵一時；十年磨一劍，霜刃未曾試。總結一句話就是：實戰中，我們可以通過一些工程化的測試方法，使測試MTBF參考值和實際應用中MTBF值誤差最小。

MTBF有三種測試方法，分別是：預測法、實驗法、實測法，三種方法都可以完成MTBF的測試需求，蘿卜白菜各有所愛，文章結束，大家應該能找到屬于自己的答案。

MTBF預測法：

1、標準局限性：目前最通用的權威性標準是MIL-HDBK-217、GJB/Z299B和Bellcore，分別用于軍工產品和民用產品。其中，MIL-HDBK-217是由美國國防部可靠性中心及Rome實驗室提出并成為行業標準，專門用于軍工產品MTBF值計算，GJB/Z299B是我國軍用標準；而Bellcore是由AT&TBell實驗室提出并成為商用電子產品MTBF值計算的行業標準。MIL-HDBK-217據說95年發布一版后就不再維護更新了，所以標準本身也有局限性

2、預測法局限性：預測法主要采用應力分析法和元件計數法分析產品的MTBF。主要考慮的是產品中每個器件的失效率；影響因素包括：πE環境因素Environmentfactor)、πQ品質因素：(Qualityfactor)、πA應用因素：(Applicationfactor)、πC復雜性因素：(Qualityfactor)、πL累計因素：(Learningfactor)、πS電應力因素：(ElectricalStressfactor)、πT溫度因素：(Temperaturefactor）等。受各種因素影響，以及計算參數的選擇上受計算人員對系數的掌握和了解程度影響很大，因此和實際值相比會有很大的差異。不推薦。

MTBF實測法：

顧名思義，就是直接測試，最終統計結果，比如MTBF比較小的產品可以按照這種方法直接驗證，假如產品手冊宣稱150萬小時，這種方法的確不太可行。

MTBF實驗法：

這種方法是我個人比較推薦的一種方法，經過合理的測試方法，參考準確的測試數據評估出來的MTBF也是比較準確的，實驗法大致也分：定時截尾試驗：指實驗到規定的時間終止。定數截尾試驗：指實驗到出現規定的故障數或失效數時而終止。因為溫度是我們產品唯一的加速因素，所以這里我引入了加速因子（AF：AccelerateFactor），加速因子AF即為產品在正常使用條件下的壽命和高測試應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中會經常用到這個AF）。

Ea：活化能，單位eV，活化能高，表示對溫度變化影響比較顯著。當試驗的溫度與使用溫度差距范圍不大時，Ea可設為常數。一般電子產品在早期失效期的Ea為0.2~0.6eV，隨機失效期的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，(0.00008623eV/°k)

Tn：正常操作條件絕對溫度(°k)

Ta：加速壽命試驗條件絕對溫度(°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。UCL=X^2(α,2r+2)，使用卡方公式作為對MTBF準確性的要求，因此冒險率越小，X^2就越大，計算的MTBF越小，可信度越高。同時失效數r越大，不良率就高了，X^2自然也變大，在同樣的時間下MTBF就會變小。該值可以直接參考JESD47，附表為ConfidenceLevel=60%時的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，測試溫度為55度。假設在測試60天后，有1塊盤失效，請計算MTBF值。

（我自己做了一個專門計算AF的表，只需要輸入正常使用溫度和壓力溫度方可計算出AF值，如果需要該Excel請關注下面公眾號下載，根據上述描述可以算的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