1 Einführung Historie Situation Heute Was soll erreicht werden Von der Belastung zur Konzeption 7 1.

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1 Inhaltsverzeichnis Vorwort 1 Einführung Historie Situation Heute Was soll erreicht werden Von der Belastung zur Konzeption Fazit 10 2 Zuverlässigkeitsmanagement und Zuverlässigkeitsziele Einführung Vom Kunden zum Lieferanten - ein ganzheitliches Konzept Etablieren von Zuverlässigkeitsmanagement Anforderungen an den Zuverlässigkeitsmanager Schulung von Zuverlässigkeitsingenieuren Ermittlung von Zuverlässigkeitsvorgaben und Ableitung von Einzelzielen Einführung und Prämissen Ermittlung von Zuverlässigkeitsvorgaben Aufteilung in Einzelziele Beispiel zum Vorgehen zur Ermittlung der Zuverlässigkeitskennwerte Verifikation der Ermittelten Ziele Vorgehen im Falle auftretender Zielkonflikte Entwicklung einer Guideline Zuverlässigkeitsmanagement Reliability Monitoring Feldbeobachtung 46 3 Statistische Grundlagen Einführung Begriffe Modell Kugelkasten Axiome der Wahrscheinlichkeit Relative Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit Additionssatz für Wahrscheinlichkeiten (Logisch ODER) Multiplikationssatz für Wahrscheinlichkeiten (Logisch UND) Baumdiagramm Rechenregeln Permutation Variation Kombination Anzahl fehlerhafter Einheiten, Modelle und Modelleigenschaften Wahrscheinlichkeitsfunktion und Verteilungsfunktion 61

2 Hypergeometrische Verteilung Binomialverteilung Grafische Darstellung der Binomialverteilung - Larson-Nomogramm Zufallstreubereich und Vertrauensbereich Anzahl von Fehlern pro Einheit, Modell und Modelleigenschaften Wahrscheinlichkeitsfunktion und Verteilungsfunktion für Anzahl Fehler pro Einheit (Poisson-Verteilung) Grafische Darstellung der Poisson-Verteilung - Thorndike-Nomogramm Normalverteilung, Modell und Modelleigenschaften Kennwerte quantitativer Stichprobenergebnisse Modell der Normalverteilung Standardisierte Normalverteilung und Tabelle der standardisierten Normalverteilung Das Wahrscheinlichkeitsnetz Einfluss der Bauelementequalität auf das System 83 4 Zuverlässigkeitskenngrößen Einführung Dichtefunktion Ausfallwahrscheinlichkeit F(t) Überlebenswahrscheinlichkeit R(t) Bestandsfunktion B(t) Ausfallrate Darlegung Beispiel: Ermittlung der Ausfallrate von Schaltungen Beispiel: Ermittlung der Ausfallrate von Bauelementen im Test Mean Time Between Failures, MTBF Darlegung Beispiel: MTBF Ermittlung Mean Time To Failures, MTTF Mean Time To Repair, MTTR Mean Down Time, MDT Verfügbarkeit Unverfügbarkeit Unterschiedliche Lebensdauerverteilungen Normalverteilung Dichtefunktion (immer symmetrisch zum Mittelwert) Ausfallwahrscheinlichkeit Überlebenswahrscheinlichkeit Ausfallrate (immer steigend) Log-Normalverteilung (Logarithmische Normalverteilung) Dichtefunktion (immer linkssymmetrisch) Ausfallwahrscheinlichkeit Überlebenswahrscheinlichkeit Ausfallrate Exponentialverteilung Präambel Dichtefunktion 99

3 Überlebenswahrscheinlichkeit Ausfallwahrscheinlichkeit Ausfallrate Beispiel: Ermittlung der Überlebenswahrscheinlichkeit Beispiel: Ermittlung der Zuverlässigkeit Weibullverteilung Einführung Dichtefunktion der Weibullverteilung Überlebenswahrscheinlichkeit der Weibullverteilung Ausfallwahrscheinlichkeit der Weibullverteilung Ausfallrate der Weibullverteilung Besonderheit der Weibullverteilung Drei-Parametrige-Weibullverteilung Beispiel: Grafische Darstellung der Dichtefunktion und Ausfallwahrscheinlichkeit unter Berücksichtigung von t Das Weibullnetz Der Vertrauensbereich im Weibullnetz Ergänzende Informationen Achsen der Weibullverteilung Bestimmung von b und T Bestimmung des Vertrauensbereiches von b und T Die B q Lebensdauerangabe Nachweis der Zuverlässigkeit ohne Ausfall und ohne Berücksichtigung der Prüfdauer Darlegung Beispiel: Geforderte Mindestzuverlässigkeit Nachweis der Zuverlässigkeit ohne Ausfall und mit Berücksichtigung der Prüfdauer Darlegung Beispiel: Ermittlung Testzeit Ermittlung der Zuverlässigkeitskennwerte entsprechend ISO Anwendung Larson-Nomogramm zur Zuverlässigkeitsermittlung Handhabung des Larson-Nomogramms Beispiel: Anwendung Larson-Nomogramms Zusammenhang zwischen den Formeln der Zuverlässigkeitskenngrößen Die gebräuchlichsten Begriffe in Englisch Lebensdauer- und Umweltsimulationstests Einführung Begriffe (alphabetisch) Handhabung von Probanden und Daten Probanden Verwendbarkeit der Probanden nach Test Aufzeichnen von Daten Die wichtigsten Prüfungen Übersicht der Prüfungen (alphabetisch) Hinweise zu Normen Wirkung der Stresstests 131

4 5.5.1 Beispiel: Integrierte Halbleiterschaltungen Beispiel: Generelle Umwelteinflüsse Ergänzende Erläuterungen Lebensdauerprüfung Einführung Betriebszeiten während der Herstellung einer elektronischen Komponente Strategie zur Durchführung einer Lebensdauerprüfung Modellentwicklung und Parameter zur beschleunigenden Lebensdauerprüfung Das Gesetz von Arrhenius Die Beschleunigung Beispiel: Ermittlung des Beschleunigungsfaktors Anwendung des Modells Bestimmung der Aktivierungsenergie Werte zu Aktivierungsenergien Weitergehende Erläuterungen zur Aktivierungsenergie Bestimmung der Prüftemperatur T Überblick Ermittlung der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur Ermittlung des thermischen Widerstandes für das Gehäuse Ermittlung der Eigenerwärmung des Bauelementes Ermittlung der maximalen Prüfkammertemperatur T Ermittlung der maximal erreichbaren Sperrschichttemperatur Ermittlung der maximal zulässigen Temperatur innerhalb der Prüfkammer Bestimmung der Testdauer Beispiel: Ermittlung der Prüftemperatur und der Prüfzeit Ermittlung der Ausfallrate Lambda λ Ausfallrate Der Vertrauensbereich Einführung Der einseitige Vertrauensbereich Der zweiseitige Vertrauensbereich Bestimmung des Vertrauensbereiches einer ermittelten Ausfallrate Beispiel: Bestimmung von Ausfallrate und Vertrauensbereich Die χ 2 -Tabelle (Chi-Quadrat-Tabelle) Ergänzende Erläuterungen zur χ 2 -Verteilung Durchführung des Lebensdauertests Beschaltung Variablen Schlussfolgerungen/Aktionen nach Abschluss der Lebensdauerprüfung Hinweise zu Herstellerangaben Ergänzungen zum Gerätelebensdauertest Feuchte Prüfungen Einführung Feuchte-Wärme-Prüfung, konstant Allgemein 166

5 Beschleunigungsmodell Peck Beschleunigungsmodell Lawson Feuchte-Wärme-Prüfung, zyklisch HAST, Prüfungen bei erhöhtem Dampfdruck Pressure Cooker-Test Temperaturwechselprüfungen Einführung Ziel des Temperaturwechseltest Vorgehensweise Ableitung der Anzahl der Temperaturwechsel Beschleunigungsgesetz nach Coffin-Manson Prüfungsdurchführung Temperaturschock Mechanische Prüfungen Mechanischer Schock Vibration Konstante Beschleunigung HALT - Highly Accelerated Life Testing HASS - Highly Accelerated Stress Screening Weitere Beschleunigungsmodelle Spannungs-Beschleunigungsgesetz Das Eyring Modell Charakterisierung Screening Einführung Definition Kosten-Nutzen Aspekt Bericht über den Verlauf des Screening Burn-In Einführung Strategie Durchführung Ermittlung Burn-In Zeit Beschleunigung Temperatur Beschaltung Ablauf Bewertung Bericht Ermittlung der Burn-In Kosten Run-In Qualifikation Aspekte, Vorgehensweise, Schlussfolgerung Einführung Begriffe Einteilung der Umweltbedingungen Umweltbedingungen Umwelterprobung Festlegungen zu den Prüfungen Grundlegendes 201

6 6.4.3 Vorgehen Kategorien der Prüfungen einer Qualifikation Voraussetzungen und Festlegungen Mission Profile Einführung Schritte des Mission Profile und der Beobachtungsparameter Beispiel einer Mission Profile Checkliste Betrachtung thermischer Verhältnisse Beispiel für ein Mission Profile für zwei Parameter Entwicklung eines Qualifikationsplans Einführung Beispiel, Qualifikationsplan mit paralleler Struktur Beispiel, Qualifikationsplan mit sequentieller Struktur Planung und Strukturierung der Tests Zusammenhang und Nutzanwendung der Formeln Vorgehensweise Qualifikation Aspekte der Vorgehensweise Beispiel zur Vorgehensweise bei einem Lebensdauertest Verfolgung der Probanden im Test Stichprobengröße im Test Relevanz von Ausfällen Entwicklung einer Guideline Qualifikation zur Vorgehensweise Gerätepark Ausfallanalytik Einführung Ablauf einer Ausfallanalyse an Bauelementen Ablauf einer Ausfallanalyse an Geräten Bericht zur Ausfallanalyse Bericht über den Verlauf der Qualifikation Tests und Fehlermechanismen Einführung Generell Fehlermechanismen bei Leiterplatten Fehlermechanismen bei Bauelementen Schlussfolgerung und Rückführung Zuverlässigkeitsberechnung von Boards Einführung Begriffe Kenngrößen der Zuverlässigkeitsanalyse Veranschaulichung der Begriffe MTBF, MTTF, MTTR und MDT Herkunft der Daten Einführung Quellen von Standards und Handbüchern Darlegung zu Ausfallraten Aufbau einer Datenbank Vorgehensweise bei der Prognose Vorbereitung Prämissen 259

7 7.6.3 Zerlegung in ein Zuverlässigkeits-Blockdiagramm (ZBD) Detaillierte Schritte der Vorgehensweise Einfaches Beispiel Verwendung des ermittelten MTTF-Wertes Einschätzung von MTBF / MTTF Prognosen Reparatur und Zuverlässigkeit Zuverlässigkeitsberechnung von Systemen Einführung Begriffe Kenngrößen Hinweise zur Vorgehensweise Systeme Überblick verschiedener Systeme Seriensystem Prinzip der Serienschaltung Beispiel Seriensystem Parallelsystem Prinzip der Parallelschaltung Parallelschaltung von zwei Geräten Parallelschaltung von drei Geräten Erhöhung der Zuverlässigkeit mit vier Geräten Beispiel Parallelsystem mit zwei Geräten Kalte Redundanz Serien- und Parallelsystem k-aus-n-system Beispiel eines 2-aus-3-Systems Beispiel eines 2-aus-4-Systems Beispiel eines 2-aus-3-Systems mit seriellen Voter Beispiel Rauchmeldeanlage Netzwerk Brückenschaltung Parallel-Serien-System Beispiel High Level Redundanz und Low Level Redundanz Beispiel Parallelsystem und gegebener MTTR Bewertung / Einschätzung Weitere Methoden und Hinweise Einführung The Deming Circle Fehlersammelliste Histogramm Pareto-Diagramm Ursache-Wirkungs-Diagramm Einführung in Statistical Process Control SPC Begriffe und Prinzip Zielsetzung von SPC Visualisierung der Daten Lage und Streuung Prozessverhalten und Fähigkeit 313

8 9.8 Lieferantenmanagement und Lieferantenentwicklung Zielsetzung Vorgehensweise Wesentliche Schritte der Lieferantenentwicklung FMEA - Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse Einführung Die Phasen einer FMEA Das FMEA Formblatt und Vorgehen Fehlerbaumanalyse FBA (FTA Fault Tree Analysis) Prinzip des Fehlerbaumes Zuverlässigkeitsblockdiagramm und Fehlerbaum Beispiel eines Fehlerbaum Pragmatischer Ansatz zur Vorgehensweise bei Risikobewertungen Zuverlässigkeitswachstum Einführung Wesentliches des Duane Modell Wesentliches des Crow AMSAA Modells Japanische Begriffe/ Methodiken Drei M Fünf S ESD-Audit Einführung Motivation, Zielsetzung Prämissen Vorbereitung Durchführung Aufbau und Ziel eines ESD-Audit Berichtes ESD-Schutzstrategie in 17 Schritten Hinweise zur strukturierten Ausbildung von ESD-Fachkräften Einführung Motivation, Ziel, erwartetes Ergebnis Motivation zur ESD-Schulung Ziel Erwartetes Ergebnis Inhalte von ESD-Schulungen und ESD-Informationsveranstaltungen Einführung Informationsvorträge für Führungskräfte Schulung - Einführung des ESD-Schutzes Motivations- und Auffrischungsseminare für alle Mitarbeiter Beispiel Inhalt Workshop für einen ESD-Beauftragten Besondere Anforderungen an den ESD-Beauftragten Fazit zur ESD Ausbildung Funktionale Sicherheit Einführung Begriffe Der Sicherheits-Integritätslevel, SIL Sicherheitsintegritäts-Einschränkung bei Hardware-Anforderungen Verbindung von Risiko und Sicherheits-Integritätslevel Ausfallrate, Diagnoseabdeckungsgrad und Safe Failure Fraction 363

9 9.18 Vereinfachter Ansatz zur Bestimmung der Ausfallrate von Software Einführung Prämissen Darstellung Ausfallratenmodell Hardware- und Software-Zuverlässigkeit Normen, Standards, Richtlinien und Publikationen Einführung Normen aus der Reihe Zuverlässigkeitsmanagement Normen aus der Reihe Umweltsimulationstests Normen aus der Reihe Umweltprüfung Halbleiterbauelemente Normen zu Zuverlässigkeitsthemen Normen aus der Reihe Standards des MIL-STD Standards aus der Reihe AEC Standards aus der Reihe EIA Standards aus der Reihe JEDEC Richtlinien aus der VDI Reihe zum Themenfeld Zuverlässigkeit Normen aus der Reihe ISO Standards der IPC Informationsbroschüren des VDA Normen zum ESD-Schutz elektronischer Bauelemente Normen zur Funktionalen Sicherheit Normen und Standards zur Software Organisationen zu Normen, Standards, Richtlinien und Publikationen Literaturverzeichnis Abkürzungen, Begriffe, Formelzeichen Abkürzungen Begriffe Formelzeichen 409 Stichwortverzeichnis 412