專利名稱：一種固體鉭電解電容器壽命預測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體鉭電解電容器壽命預測方法，屬于壽命預測技術領域。 背景技術：
固體鉭電解電容器(以下簡稱為鉭電容)由于其體積小、容量大、漏電流小、低損 耗、可靠性高，具有自愈性等諸多優(yōu)異性能而被廣泛地應用于宇航、航空航天等領域，在電 子產品中主要起電源濾波、退耦、耦合、諧振等作用。鉭電容失效會引發(fā)整個系統(tǒng)可靠性迅 速下降，甚至發(fā)生故障，因此對其壽命進行科學地評估和預測尤為重要。
隨著科學技術的進步與發(fā)展，鉭電容的可靠性得到極大的提高，在定時截尾壽命 試驗中，經(jīng)常會出現(xiàn)無失效的情況。對于建立在失效數(shù)據(jù)分析基礎上的貯存壽命理論來說， 在極少失效甚至是無失效的情況下，如何對鉭電容壽命進行預測是一個難題。
鉭電容功能是由其性能參數(shù)表征的，并且動態(tài)環(huán)境對鉭電容的影響也體現(xiàn)在性能 參數(shù)的變化上，很多情況下鉭電容失效與性能退化存在著必然的聯(lián)系，鉭電容性能退化可 導致失效。傳統(tǒng)的可靠性驗證試驗僅記錄失效和試驗時間，在建模分析過程中并沒有考慮 鉭電容性能退化過程中所包含的信息，而鉭電容性能退化過程中包含著大量可信、精確而 又有用的與鉭電容壽命有關的關鍵信息，所以從鉭電容性能參數(shù)的變化著手，通過對表征 鉭電容功能的某些量進行連續(xù)測量，取得退化數(shù)據(jù)，利用退化數(shù)據(jù)對元器件功能的退化過 程進行分析，就可以對鉭電容的壽命做出評定。利用性能退化數(shù)據(jù)進行鉭電容壽命預測，可 解決傳統(tǒng)壽命預測與工程實際不相適應的問題。
鉭電容的失效通常表現(xiàn)為兩種形式一種是突變性的致命失效，另一種是漸變性 的參數(shù)超差失效。前者包括電容的各種擊穿和開路，后者是由于在外界應力作用下，電容的 電參數(shù)逐漸發(fā)生變化，當有一個電參數(shù)變化到超過允許偏差值、即超過規(guī)定的范圍時，就屬 于超差失效。
在貯存狀態(tài)下，固鉭電容主要失效機理有水汽(潮濕作用)、離子遷移、表面污染、 電解質內部缺陷及介質老化或熱分解、電極腐蝕、雜質和有害離子作用、引線和電極接觸電 子增加。若只考慮溫度為主要的貯存環(huán)境，電容主要的失效模式表現(xiàn)為漏電流偏大。漏電 流為在規(guī)定條件下極板間加上一定的直流電壓時流經(jīng)電容器的傳導電流。漏電流歸咎于介 質氧化膜中的缺陷，它是使用電壓和環(huán)境溫度的函數(shù)，并與原材料純度、工藝過程、篩選條 件密切相關。溫度上升加速了電容內部的電化學反應，使其材料性能劣化引起電介膜變質， 漏電流劇增，從而導致失效。漏電流是導致陽極氧化膜老化的主要因素，也是決定固鉭電容 壽命的固有因素。
與普通電容相比，由于鉭電容具高可靠、長壽命、軟失效等特點，在短時間內很難 得到它的壽命數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)壽命試驗方法面臨著試驗時間長、費用貴等困難。由于高可靠鉭 電容在各軍用型號中大量使用，迫切需要研究在工程上適用的高可靠性鉭電容壽命評估技 術。
發(fā)明內容
1、目的本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供了一種固體鉭電解電容器壽命 預測方法，它是基于漏電流性能退化的鉭電容壽命預測的一種方法，可解決傳統(tǒng)壽命預測 與工程實際不相適應的問題。與傳統(tǒng)壽命試驗相比，采用本發(fā)明的壽命預測方法，可縮短試 驗時間，節(jié)約試驗成本。
2、技術方案本發(fā)明一種固體鉭電解電容器壽命預測方法，它包括以下幾個步 驟
步驟一、采集漏電流退化數(shù)據(jù)；分別在85°C、125°C和150°C這三組溫度應力下對 鉭電容進行恒定應力加速退化貯存壽命試驗。各應力下的試驗樣本數(shù)為5個，各鉭電容在 貯存48小時、144小時、336小時、720小時和1488小時后分別進行常溫采集漏電流退化數(shù) 據(jù)；
步驟二、確定退化軌跡模型和加速退化模型；退化軌跡分別采用線性模型、指數(shù)模 型、冪模型和自然對數(shù)模型進行擬合，將擬合優(yōu)度最好的模型確定為退化軌跡模型；(1)線 性模型yi = α it+ β i ；⑵指數(shù)模型兄=β^·' ； (3)冪模型乃=β^ta- ； (4)自然對數(shù)模 型Yi= ailn(t) + i3i;其中…表示鉭電容的性能退化參數(shù)；i表示某一應力水平作用下接 受試驗的樣品的個數(shù)；t為試驗時間；退化軌跡為單個試驗樣品在某一應力水平作用下的 性能退化隨著時間變化的軌跡，因此對于η個試驗樣品則有η條性能退化軌跡。
本發(fā)明采用誤差平方和(SSE)和相關系數(shù)的平方(R2)這兩個指標來評價各個模 型的擬合優(yōu)度。其中SSE越接近0說明擬合越好，R2取值越接近1說明擬合越好。
誤差平方和(SSE)的計算公式為ηΛ 權利要求
1. 一種固體鉭電解電容器壽命預測方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一采集漏電流退化數(shù)據(jù)；分別在85°C、125°C和150°C這三組溫度應力下對鉭電 容進行恒定應力加速退化貯存壽命試驗；各應力下的試驗樣本數(shù)為5個，各鉭電容在貯存 48小時、144小時、336小時、720小時和1488小時后分別進行常溫采集漏電流退化數(shù)據(jù)；步驟二 確定退化軌跡模型和加速退化模型；退化軌跡分別采用線性模型、指數(shù)模型、 冪模型和自然對數(shù)模型進行擬合，將擬合優(yōu)度最好的模型確定為退化軌跡模型；1、線性模 M =Yi = α時i ；2、指數(shù)模型只=W ； 3、冪模型只=β^f' ； 4、自然對數(shù)模型:Yi = α ηω + β,；其中..Ji表示鉭電容的性能退化參數(shù)；i表示某一應力水平作用下接受試驗 的樣品的個數(shù)；t為試驗時間；退化軌跡為單個試驗樣品在某一應力水平作用下的性能退 化隨著時間變化的軌跡，因此對于η個試驗樣品則有η條性能退化軌跡；采用誤差平方和即 SSE和相關系數(shù)的平方即R2這兩個指標來評價各個模型的擬合優(yōu)度；其中SSE越接近0說 明擬合越好，R2取值越接近1說明擬合越好；誤差平方和SSE的計算公式為
全文摘要
一種固體鉭電解電容器壽命預測方法，它有七個步驟一、采集漏電流退化數(shù)據(jù)；二、確定退化軌跡模型和加速退化模型；三、由退化軌跡模型外推得到每個樣本的偽失效壽命；四、偽壽命分布假設檢驗及其未知參數(shù)估計；五、確定偽壽命分布總體參數(shù)與應力水平的關系；六、外推估計正常應力下鉭電容的壽命分布總體參數(shù)；七、確定鉭電容的平均壽命和可靠度曲線；本發(fā)明構思新穎，程序簡約，無需壽命試驗，可縮短試驗時間，節(jié)約試驗成本，解決傳統(tǒng)壽命預測與工程實際不相適應的問題。它在壽命預測技術領域里具有廣闊的應用前景。
文檔編號G01R31/02GK102033182SQ20101058152
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者付桂翠, 梅亮, 高成, 黃姣英 申請人:北京航空航天大學