一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電子產(chǎn)品可靠性試驗技術(shù)，涉及一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法。其特征在于：進(jìn)行電子產(chǎn)品可靠性加速試驗的步驟如下：構(gòu)建電子產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)模型；熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)分析；確定電子產(chǎn)品的故障機(jī)理；確定電子產(chǎn)品的故障物理模型；給定可靠性加速試驗的溫度條件；計算加速試驗時間；計算可靠性加速試驗的振動條件；試驗實施及試驗結(jié)果評估。本發(fā)明提出了一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法，能考慮應(yīng)力在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的傳遞作用，提高了模型的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提高了試驗結(jié)果精度。
【專利說明】一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子產(chǎn)品可靠性試驗技術(shù)，涉及一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性 加速試驗方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代高新裝備對可靠性水平提出的要求高，其中起關(guān)鍵作用的電子/機(jī)電/光電 等產(chǎn)品向數(shù)字化、小型化、密集化、多功能化以及復(fù)雜化方向發(fā)展，其可靠性要求也更高。許 多產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)平均故障間隔時間（MTBF)有的要求達(dá)到數(shù)千小時，甚至達(dá)到上萬小 時，按照傳統(tǒng)的試驗技術(shù)進(jìn)行試驗，試驗時間至少應(yīng)為I. 1倍的要求值，這樣在投入一套試 驗樣件時需要數(shù)月甚至幾年時間才能完成試驗；而如果投入多套試驗樣件，則樣件的費用 同樣難以承受。因此，面對高可靠性裝備研制周期短、研制經(jīng)費高的研制特點，現(xiàn)有的基于 環(huán)境模擬的傳統(tǒng)可靠性統(tǒng)計試驗方法和評估技術(shù)由于所需時間長、經(jīng)費高已不能滿足產(chǎn)品 研制要求，采用加大試驗應(yīng)力、縮短試驗時間的可靠性加速試驗技術(shù)已成為可靠性驗證試 驗技術(shù)發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)有的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法幾乎都建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)之 上，對產(chǎn)品施加什么應(yīng)力，取決于對產(chǎn)品主要故障機(jī)理的了解。目前常用的加速試驗?zāi)Ｐ?包括與溫度有關(guān)的阿倫尼斯模型，艾林模型，描述熱應(yīng)力與機(jī)械應(yīng)力加速的逆冪律模型，溫 度-濕度雙應(yīng)力綜合加速模型，多應(yīng)力同時加速的廣義對數(shù)-線性模型，累計損傷指數(shù)模型 等。但是由于這些模型均是基于元器件故障機(jī)理的統(tǒng)計加速模型，該加速模型不能考慮應(yīng) 力在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的傳遞作用，模型的準(zhǔn)確度相對較低，導(dǎo)致試驗結(jié)果的誤差大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：提出一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法，以便 考慮應(yīng)力在廣品結(jié)構(gòu)中的傳遞作用，提1?!?型的準(zhǔn)確度，進(jìn)而提1?試驗結(jié)果精度。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法，其特 征在于：進(jìn)行電子產(chǎn)品可靠性加速試驗的步驟如下：
[0005] 1、構(gòu)建電子產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)模型：數(shù)字樣機(jī)模型是指二維數(shù)字樣機(jī)模型或三維數(shù) 字樣機(jī)模型，電子產(chǎn)品包括機(jī)箱、支架、模塊、電路板和元器件；
[0006] 2、熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)分析：采用有限元仿真分析軟件分析電子產(chǎn)品在載 荷條件下的熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)，載荷條件是指環(huán)境載荷和工作載荷；
[0007] 3、確定電子廣品的故障機(jī)理：根據(jù)電子廣品所承受熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)， 結(jié)合電子產(chǎn)品的故障模式、影響及危害性分析報告、外場和實驗室故障數(shù)據(jù)，確定電子產(chǎn)品 的主要失效位置、失效模塊、失效電路板和潛在故障元器件，及其故障機(jī)理。
[0008] 4、確定電子產(chǎn)品的故障物理模型：根據(jù)潛在故障元器件的故障機(jī)理，確定電子產(chǎn) 品的故障物理模型，設(shè)置潛在故障元器件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性、應(yīng)力參數(shù)、模型修正 因子等模型參數(shù)；
[0009] 5、給定可靠性加速試驗的溫度條件：高溫：被試驗電子產(chǎn)品給出的極限溫度范圍 的上限減去KTC?20°C，持續(xù)時間為溫度穩(wěn)定時間加上被試驗電子產(chǎn)品測試時間；低溫： 被試驗電子產(chǎn)品給出的極限溫度范圍的下限加上5°C?10°C，持續(xù)時間為溫度穩(wěn)定時間加 上被試驗電子產(chǎn)品測試時間；溫度變化率：5°C /min?15°C /min ;:
[0010] 6、計算加速試驗時間T1 :以被試驗電子產(chǎn)品基于環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面中的 溫度條件和試驗時間Ttl為輸入?yún)?shù)，計算在給定可靠性加速試驗中給出的溫度條件下的加 速試驗時間T1，具體方法如下：
[0011] 6. 1、計算溫度條件加速因子Tv :根據(jù)電子產(chǎn)品的故障物理模型，計算潛在故障元 器件在環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面中的溫度條件下的損傷，得到環(huán)境模擬的可靠性試驗剖 面中的溫度條件持續(xù)作用下熱疲勞失效的n個潛在薄弱點N1, N2,…，Nn，n個潛在薄弱點 的首發(fā)故障循環(huán)數(shù)分別記為乂1，乂2,?1'111，?乂11，1 = 1，2，?11;計算在給定可靠性加 速試驗的溫度條件的損傷，得到n個潛在薄弱點的首發(fā)故障循環(huán)數(shù)分別記為N' T1，N' T2，… N'T1，…N'Tn;第i個故障點的加速因子tv1:

【權(quán)利要求】
1. 一種基于故障物理的電子產(chǎn)品可靠性加速試驗方法，其特征在于：進(jìn)行電子產(chǎn)品可 靠性加速試驗的步驟如下： 1. 1、構(gòu)建電子產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)模型：數(shù)字樣機(jī)模型是指二維數(shù)字樣機(jī)模型或三維數(shù)字 樣機(jī)模型，電子產(chǎn)品包括機(jī)箱、支架、模塊、電路板和元器件； 1. 2、熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)分析：采用有限元仿真分析軟件分析電子產(chǎn)品在載荷 條件下的熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)，載荷條件是指環(huán)境載荷和工作載荷； 1. 3、確定電子產(chǎn)品的故障機(jī)理：根據(jù)電子產(chǎn)品所承受熱應(yīng)力狀態(tài)和振動應(yīng)力狀態(tài)，結(jié) 合電子產(chǎn)品的故障模式、影響及危害性分析報告、外場和實驗室故障數(shù)據(jù)，確定電子產(chǎn)品的 主要失效位置、失效模塊、失效電路板和潛在故障元器件，及其故障機(jī)理。 1.4、確定電子產(chǎn)品的故障物理模型：根據(jù)潛在故障元器件的故障機(jī)理，確定電子產(chǎn)品 的故障物理模型，設(shè)置潛在故障元器件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料屬性、應(yīng)力參數(shù)、模型修正因 子等模型參數(shù)； 1. 5、給定可靠性加速試驗的溫度條件：高溫：被試驗電子產(chǎn)品給出的極限溫度范圍的 上限減去KTC?20°C，持續(xù)時間為溫度穩(wěn)定時間加上被試驗電子產(chǎn)品測試時間；低溫：被 試驗電子產(chǎn)品給出的極限溫度范圍的下限加上5°C?10°C，持續(xù)時間為溫度穩(wěn)定時間加上 被試驗電子產(chǎn)品測試時間；溫度變化率：5°C /min?15°C /min ;: 1. 6、計算加速試驗時間T1 :以被試驗電子產(chǎn)品基于環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面中的溫 度條件和試驗時間Ttl為輸入?yún)?shù)，計算在給定可靠性加速試驗中給出的溫度條件下的加速 試驗時間T 1，具體方法如下： 1. 6. 1、計算溫度條件加速因子τ v :根據(jù)電子產(chǎn)品的故障物理模型，計算潛在故障元器 件在環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面中的溫度條件下的損傷，得到環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面 中的溫度條件持續(xù)作用下熱疲勞失效的η個潛在薄弱點NpN 2,…，Νη，η個潛在薄弱點的首 發(fā)故障循環(huán)數(shù)分別記為ΝΤ1，Ν Τ2，…NTi，…NTn，i = l，2，…η;計算在給定可靠性加速試驗 的溫度條件的損傷，得到η個潛在薄弱點的首發(fā)故障循環(huán)數(shù)分別記為Ν' Τ1，Ν' Τ2，…Ν' Ti^·· Ν' τη ;第i個故障點的加速因子τ Vi :
將η個潛在故障點的加速因子進(jìn)行算術(shù)平均，得到產(chǎn)品溫度加速因子τ v :
1.6. 2、計算加速試驗時間T1 :
其中，h為給定可靠性加速試驗的溫度條件時間； 1. 7、計算可靠性加速試驗的振動條件：以基于環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面的振動條件 和對應(yīng)的振動應(yīng)力施加時間T' ^為輸入?yún)?shù)，計算加速試驗時間T1內(nèi)振動應(yīng)力施加時間 Iw 1的振動量值，具體方法如下： 1. 7. 1、計算振動加速因子bv :根據(jù)電子產(chǎn)品的故障物理模型，計算潛在故障元器件在 環(huán)境模擬的可靠性試驗剖面中的振動條件下的損傷，得到產(chǎn)品在基于環(huán)境模擬的可靠性試 驗剖面中振動條件Wa下振動疲勞失效的m個潛在薄弱點，分別在振動條件Wtll和振動條件 Wtl2T，得出的振動疲勞損傷模型分別計算產(chǎn)品在振動耐久故障點損傷率為1時的失效時 間，將m個潛在薄弱點在振動條件W cil下的首發(fā)故障時間記為tvl，tV2，…，?ν」···? νηι，j = 1， 2，…m;將m個潛在薄弱點在振動條件Wtl2下的首發(fā)故障時間記為t'vl，t' V2，…，t'Vj,… t' Vm，將第j個薄弱環(huán)節(jié)點在振動條件Wtll和振動條件Wtl2條件下的首發(fā)故障時間代入公式：
得到第j個故障點的常數(shù)因子bvi ;將m個潛在故障點的加速因子進(jìn)行算術(shù)平均，得到 振動加速因子bv :
1. 7. 2、計算在振動應(yīng)力施加時間Ti ,下的振動量值Wh :
1. 8、試驗實施及試驗結(jié)果評估：綜合溫度和振動應(yīng)力條件，并按照綜合后的加速試驗 條件開展試驗，試驗結(jié)束后，按照下式對產(chǎn)品的平均故障間隔時間MTBF在給定置信度下的 單側(cè)置信下限h進(jìn)行評估：
式中：r是在可靠性加速試驗時間T1內(nèi)出現(xiàn)的責(zé)任故障數(shù)； C是置信度，C = O?1。
【文檔編號】G06F17/50GK104392073SQ201410771569
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】任占勇, 王昕 , 陳新, 孫瑞鋒, 李想, 王欣, 王禮沅, 杜鑫 申請人:中國航空綜合技術(shù)研究所