MTBF简介

MTBF简介

2005年11月5日 林和安 冯杰 vincent
发表于《中无通讯》2005年第35期

随着伺服器的广泛应用，对伺服器的可靠性提出了更高的要求。所谓“可靠性”，就是产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；反之，产品或其一部分不能或将不能完成规定的功能是出故障。概括地说，产品故障少的就是可靠性高，产品的故障总数与寿命单位总数之比叫“故障率”（Failure rate），常用λ表示。例如正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。当产品的寿命服从指数分布时，其故障率的倒数就叫做平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures），简称MTBF。即：

MTBF=1/λ

笔者最近看到一款可用于伺服器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/λ可知λ=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬碟有7只会出故障。

上图所示为著名的“浴盆”曲线，左边斜线部分为早期故障率，其故障率一般较高且随着时间推移很快下降。曲线中部为使用寿命期，其故障率一般很低且基本固定。最右部为耗损期，失效率急速升高。电子产品制造商一般通过测试、老炼、筛选等手段将早期故障尽量剔除，然后提供给客户使用。当使用寿命期将尽，产品也即将进入故障高发期，需要报废或更新换代了。

温度与器件的寿命

明白了MTBF和“浴盆”曲线的基本概念，我们对评估产品的使用寿命有了一定的掌握。在合适工作条件下器件使用寿命期内的故障率很低。广大电子爱好者都知道电子元器件的寿命，与工作温度是有密切关系的。以电脑主板上常用的也常出故障的电解电容器为例，其寿命会受到温度的影响。因此，应尽可能使电容器在较低的温度之下工作，如果电容器的实际工作温度超过了其规格范围，不仅其寿命会缩短，而且电容器会受到严重的损毁（例如电解液泄漏）。因此，在分析电脑主板上电容器的工作温度时，不仅要考虑机箱内整体环境温度及电容器自身的发热，还要考虑机箱内其他发热元件的热辐射（特别是CPU、稳压器、电源供应器等）。

根据测试，通常2.0G的CPU消耗功率达56.7W，生成温度达70℃；而当频率提高至3.0G时， CPU温度往往超过90℃。在这样的高温烘烤下，主板上的电容器寿命会发生什么变化？

为简化起见，不考虑纹波、频率、ESR等因素，电容器的估计寿命可用下述公式表示：

其中，L0表示最高工作温度下的寿命，Tmax表示最高工作温度，Ta表示实际环境温度。由此可见，如果环境温度每升高10℃，电容器寿命将下降一倍！

由上图右面的曲线可明显看出，随着电容器工作环境温度的上升，其有效寿命急剧缩短。其中有效寿命（Useful life）是指该种电容器达到给定故障率的时间。