一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法。它基于加速退化试验理论模型，结合航天使用环境，从星用元器件实际使用过程中的失效模式和失效机理入手，建立高温老炼试验数据中各个电性能参数的退化轨迹。之后，结合各电性能参数的退化轨迹和失效阈值，计算出各个电性能参数的失效伪寿命。进而，通过拟合伪寿命分布和多参数伪寿命分布融合，可以计算出元器件在高温应力下的寿命分布。最后，通过确定加速因子折算出器件在常规应力下的寿命情况。此方法属于元器件可靠性与寿命评价技术领域。

【技术实现步骤摘要】
(一)
：本专利技术涉及一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法。它基于加速退化试验理论模型，结合航天使用环境，从星用元器件实际使用过程中的失效模式和失效机理入手，建立高温老炼试验数据中各个电性能参数的退化轨迹。之后，结合各电性能参数的退化轨迹和失效阈值，计算出各个电性能参数的失效伪寿命。进而，通过拟合伪寿命分布和多参数伪寿命分布融合，可以计算出元器件在高温应力下的寿命分布。最后，通过确定加速因子折算出器件在常规应力下的寿命情况。此方法属于元器件可靠性与寿命评价
(二)
技术介绍
：随着国家战略需求的改变，航天产品的寿命指标要求不断提高，许多在轨卫星的设计寿命由原计划的5年更改为了8年。由于卫星上使用了大量专用定制产品、低等级器件、以及新型超大规模集成电路。此类元器件并未按照宇航应用进行设计、无宇航应用经验。考虑到这些元器件对卫星寿命影响较大，因此需要对星用元器件使用寿命开展研究。由于卫星上的元器件已经装机使用，再加上生产周期和成本等原因，无法再对所有元器件(尤其是进口器件)开展高温寿命评价试验。考虑到在元器件装机使用前，元器件在老炼试验中积累了大量测试数据，且老炼可以视作是一种短时的加速试验，因此可以将老炼试验数据作为退化数据，对星用元器件进行寿命评价。传统的元器件寿命评价方法主要有：基于可靠性预计手册的寿命评价方法，基于失效物理模型的寿命评价方法等。传统的寿命评价方法指的是基于手册或标准的寿命评价方法。以其中美国国防部推出的MIL-HDBK-217F和我国推出的GJB/Z 299《电子设备可靠性预计手册》为典型代表，此类寿手册或标准是在对历史失效数据进行数理统计，函数拟合来进行失效率预计的。随着科学技术的发展，尤其是电子器件按摩尔定律的发展进程，传统的可靠性预计模型更新严重落后，其可靠性预计结果也不再准确。基于失效物理模型寿命评价方法对于已经装机的元器件，不能预计现场可靠性；同时需要材料学、结构学、失效机理等复杂的知识；而且实施费用昂贵，实施困难。为此，本方法以加速退化试验理论为基础，提出了一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法。(三)
技术实现思路
：1、目的：本专利技术的目的是：提供一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，该方法以星用元器件老炼数据研究对象，研究其用于使用寿命指标评估的方法。与传统的寿命评价方法相比，该寿命评价方法准确度更高、成本低且便于实施。2、技术方案：本专利技术是一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，它包括如下步骤：步骤一：数据搜集在对星用元器件进行寿命评价之前，首现需要对装机前老炼试验数据情况有所了解。同时，数据搜集的准确与完整与否，与后续寿命评价流程紧密关联。因此，装机前老炼试验数据搜集作为寿命评价的关键步骤，将为后续计算分析奠定基础。其内容主要包括经历老炼试验的器件个数、老炼温度、老炼时间、电测试时间和次数以及呈现退化的电性能参数等。步骤二：失效模式、机理及电参数退化轨迹的确定结合星用元器件使用环境，研究典型星载元器件的敏感应力，总结典型星载元器件的相关失效模式和失效机理。通过确定失效模式，可以判定典型星用元器件主要是退化失效。通过确定失效机理，可以判定典型星用元器件在星用环境中和老炼条件下失效(退化)机理是一致的。老炼试验相对于卫星使用环境来说是提升了环境温度，相当于加速试验。将元器件性能退化量或与之相关的参数作为时间的函数，并基于此进行数据分析，该函数一般称为退化轨迹。退化轨迹的退化模型满足以下假设：1)元器件退化不可逆；2)一种加速退化模型对应一种退化过程、机理或失效模式；3)元器件性能在加速退化试验开始前的退化可以忽略；4)高应力水平下的失效(退化)机理与设计或常规使用应力下的失效(退化)机理一致。建立退化轨迹一般采用的方式是对测试数据进行曲线拟合而获得退化轨迹，退化轨迹一般可以利用以下几种模型来进行有效的拟合:y＝α+βtlog(y)＝α+βtlog(y)＝α+βlog(t)以上三种模型分别对应线性模型，指数模型和幂指数模型。上面各式中y为受试元器件的性能参数指标，t为试验时间，α、β为未知参数，其值可以通过退化数据估计获得，log(·)为自然对数或常用对数。退化轨迹曲线是单个试验样本性能退化相对时间的轨迹。通过对测试数据按照以上三个退化轨迹进行拟合，选出拟合效果最优的，可以得到不同电性能参数对应哪一种退化轨迹。步骤三：伪寿命外推和伪寿命分布拟合在已知退化轨迹的条件下，根据所搜集到的老炼测试数据，利用最小二乘法对退化轨迹中的未知参数α和β进行估计，得到电性能参数的退化轨迹模型： y = α ^ + β ^ t ]]> l o g ( y ) = α ^ + β ^ t ]]> l o g ( y ) = α ^ + β ^ l o g ( t ) ]]>根据退化失效的定义，当产品的性能退化量随时间变化达到退化失效标准Df时，产品即出现失效，所对应的时间即为产品的失效伪寿命。对于元器件的电性能参数来说，电参数的退化失效标准Df为器件手册或规范中规定的电参数的失效阈值。通过电性能参数的退化轨迹模型和失效阈值，可以解出电性能参数的伪寿命t。不同的退化轨迹的伪寿命t如下： t = D f - α ^ β ^ ]]> t = l o g ( D f ) - α ^ β ^ ]]> t = exp ( l o g ( D f ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，其特征在于：基于加速退化试验理论模型，结合航天使用环境，从星用元器件实际使用过程中的失效模式和失效机理入手，建立高温老炼试验数据中各个电性能参数的退化轨迹；之后，结合各电性能参数的退化轨迹和失效阈值，计算出各个电性能参数的失效伪寿命；进而，通过拟合伪寿命分布和多参数伪寿命分布融合，可以计算出元器件在高温应力下的寿命分布；最后，通过确定加速因子折算出器件在常规应力下的寿命情况；该方法具体步骤如下：步骤一：数据搜集步骤二：失效模式、机理及电参数退化轨迹的确定步骤三：伪寿命外推和伪寿命分布拟合步骤四：多退化参数伪寿命分布抽样步骤五：竞争失效和多退化参数寿命分布融合步骤六：折算常规应力下寿命特征利用步骤六获得的寿命特征，即可以对星用元器件进行寿命评价，该寿命可以是平均寿命，也可以是中位寿命，或元器件可靠度为0.9时的可靠寿命等。

【技术特征摘要】
1.一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，其特征在于：基于加速退化试验理论模型，结合航天使用环境，从星用元器件实际使用过程中的失效模式和失效机理入手，建立高温老炼试验数据中各个电性能参数的退化轨迹；之后，结合各电性能参数的退化轨迹和失效阈值，计算出各个电性能参数的失效伪寿命；进而，通过拟合伪寿命分布和多参数伪寿命分布融合，可以计算出元器件在高温应力下的寿命分布；最后，通过确定加速因子折算出器件在常规应力下的寿命情况；该方法具体步骤如下：步骤一：数据搜集步骤二：失效模式、机理及电参数退化轨迹的确定步骤三：伪寿命外推和伪寿命分布拟合步骤四：多退化参数伪寿命分布抽样步骤五：竞争失效和多退化参数寿命分布融合步骤六：折算常规应力下寿命特征利用步骤六获得的寿命特征，即可以对星用元器件进行寿命评价，该寿命可以是平均寿命，也可以是中位寿命，或元器件可靠度为0.9时的可靠寿命等。2.根据权利要求1所述的一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，其特征在于：在步骤二中所述的失效模式、机理及电参数退化轨迹的确定，对电参数退化轨迹进行拟合，其具体过程如下：结合星用元器件使用环境，研究典型星载元器件的敏感应力，总结典型星载元器件的相关失效模式和失效机理；通过确定失效模式，可以判定典型星用元器件主要是退化失效；通过确定失效机理，可以判定典型星用元器件在星用环境中和老炼条件下失效(退化)机理是一致的；老炼试验相对于卫星使用环境来说是提升了环境温度，相当于加速试验；建立退化轨迹一般采用的方式是对测试数据进行曲线拟合而获得退化轨迹，退化轨迹一般可以利用线性模型，指数模型和幂指数模型来进行拟合，轨迹函数如下：y＝α+βtlog(y)＝α+βtlog(y)＝α+βlog(t)通过对测试数据按照以上三个退化轨迹进行拟合，选出拟合效果最优的，可以得到不同电性能参数对应哪一种退化轨迹。3.根据权利要求1所述的一种基于装机前老炼试验数据的星用元器件寿命评价方法，其特征在于：在步骤三中所述的电性能参数伪寿命外推和伪寿命分布拟合，其具体过程如下：利用最小二乘法对退化轨迹中的未知参数α和β进行估计，得到电性能参数的退化轨迹模型： y = α ^ + β ^ t ]]> l o g ( y ) = α ^ + β ^ t ]]> l o g ( y ) = α ^ + β ^ l o g ( t ) ]]>根据退化失效的定义，当产品的性能退化量随时间变化达到退化失效标准Df时，产品即出现失效，所对应的时间即...

【专利技术属性】
技术研发人员：付桂翠，钟凌，程禹，马程，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11