MTBF、FIT、AFR:可靠性指标怎么换算,又怎么被滥用
规格书上写 MTBF 200 万小时,换算下来是 228 年。没有人会相信一根内存条能用 228 年,但这个数字并不是编的,只是它的含义和大家理解的不一样。
三个指标说的是同一件事
FIT 是失效率单位,1 FIT 等于每十亿器件小时发生一次失效。
MTBF 是平均故障间隔时间,在恒定失效率的假设下,MTBF 等于十亿除以 FIT。
AFR 是年化失效率,一年 8760 小时,AFR 约等于 8760 除以 MTBF,用百分比表示。
举例:某产品 500 FIT,MTBF 就是 200 万小时,AFR 约 0.44%。也就是说一千台设备里,一年大约坏 4 到 5 台。这个说法比"228 年"合理得多。
关键在"恒定失效率"这个前提
上面的换算成立的条件是产品处在失效率恒定的阶段,也就是浴盆曲线的平坦段。这个前提排除了两头:
- 早期失效期。新产品刚投入使用时失效率明显偏高,靠老化筛选来压掉;
- 磨损期。器件接近寿命末端时失效率急剧上升。
MTBF 200 万小时的含义是"在平坦段里,每 200 万器件小时出现一次失效",不是"单个产品平均能活 200 万小时"。产品在磨损期到来之前就该退役了。
数字是怎么来的
两种途径。一种是按元器件手册的失效率数据累加计算,用可靠性预计模型。这种算法方便,但对实际工艺和使用条件不敏感,同样的 BOM 不同工厂做出来失效率差很多。
另一种是加速寿命试验推算。做 HTOL,用阿伦尼乌斯模型按温度加速因子折算成常温寿命。这种更贴近实际,但样本量和试验时长决定了置信度,小样本短时间跑出来的数字置信区间很宽。
看到指标时该问的几个问题
- 是计算值还是试验值。试验值要问样本量和试验条件;
- 参考温度是多少。40℃ 和 85℃ 下的失效率差好几倍,不说温度的 MTBF 没意义;
- 失效判据是什么。只算彻底不工作,还是把可纠正错误也算进去,差别很大;
- 置信水平多少。60% 置信和 90% 置信的数字可以差近一倍。
比 MTBF 更有用的东西
对采购来说,同类产品之间比 MTBF 意义有限,因为算法口径不统一。更实用的是几个可核查的信息:
- 同一批次的实测裕量分布,散不散比平均值更能说明工艺稳定性;
- 供应商能不能提供批次追溯和失效分析报告;
- 历史批次的实际返修率数据,这个比任何理论计算都真实;
- 老化筛选的具体条件和时长。
一句话,MTBF 是个有用的沟通语言,但它不该是选型的主要依据。