一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法技术

本发明专利技术属于电子产品可靠性试验技术，涉及一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法。其特征在于：进行电子产品可靠性加速试验的步骤如下：构建电子产品的数字样机模型；热应力状态和振动应力状态分析；确定电子产品的故障机理；确定电子产品的故障物理模型；给定可靠性加速试验的温度条件；计算加速试验时间；计算可靠性加速试验的振动条件；试验实施及试验结果评估。本发明专利技术提出了一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法，能考虑应力在产品结构中的传递作用，提高了模型的准确度，进而提高了试验结果精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子产品可靠性试验技术，涉及一种基于故障物理的电子产品可靠性 加速试验方法。
技术介绍
现代高新装备对可靠性水平提出的要求高，其中起关键作用的电子/机电/光电 等产品向数字化、小型化、密集化、多功能化以及复杂化方向发展，其可靠性要求也更高。许 多产品的可靠性指标平均故障间隔时间（MTBF)有的要求达到数千小时，甚至达到上万小 时，按照传统的试验技术进行试验，试验时间至少应为I. 1倍的要求值，这样在投入一套试 验样件时需要数月甚至几年时间才能完成试验；而如果投入多套试验样件，则样件的费用 同样难以承受。因此，面对高可靠性装备研制周期短、研制经费高的研制特点，现有的基于 环境模拟的传统可靠性统计试验方法和评估技术由于所需时间长、经费高已不能满足产品 研制要求，采用加大试验应力、缩短试验时间的可靠性加速试验技术已成为可靠性验证试 验技术发展的必然趋势。现有的电子产品可靠性加速试验方法几乎都建立在经验基础之 上，对产品施加什么应力，取决于对产品主要故障机理的了解。目前常用的加速试验模型 包括与温度有关的阿伦尼斯模型，艾林模型，描述热应力与机械应力加速的逆幂律模型，温 度-湿度双应力综合加速模型，多应力同时加速的广义对数-线性模型，累计损伤指数模型 等。但是由于这些模型均是基于元器件故障机理的统计加速模型，该加速模型不能考虑应 力在产品结构中的传递作用，模型的准确度相对较低，导致试验结果的误差大。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出，以便 考虑应力在广品结构中的传递作用，提1?!?型的准确度，进而提1?试验结果精度。 本专利技术的技术方案是：，其特 征在于：进行电子产品可靠性加速试验的步骤如下： 1、构建电子产品的数字样机模型：数字样机模型是指二维数字样机模型或三维数 字样机模型，电子产品包括机箱、支架、模块、电路板和元器件； 2、热应力状态和振动应力状态分析：采用有限元仿真分析软件分析电子产品在载 荷条件下的热应力状态和振动应力状态，载荷条件是指环境载荷和工作载荷； 3、确定电子广品的故障机理：根据电子广品所承受热应力状态和振动应力状态， 结合电子产品的故障模式、影响及危害性分析报告、外场和实验室故障数据，确定电子产品 的主要失效位置、失效模块、失效电路板和潜在故障元器件，及其故障机理。 4、确定电子产品的故障物理模型：根据潜在故障元器件的故障机理，确定电子产 品的故障物理模型，设置潜在故障元器件的几何结构参数、材料属性、应力参数、模型修正 因子等模型参数； 5、给定可靠性加速试验的温度条件：高温：被试验电子产品给出的极限温度范围 的上限减去KTC?20°C，持续时间为温度稳定时间加上被试验电子产品测试时间；低温： 被试验电子产品给出的极限温度范围的下限加上5°C?10°C，持续时间为温度稳定时间加 上被试验电子产品测试时间；温度变化率：5°C /min?15°C /min ;: 6、计算加速试验时间T1 :以被试验电子产品基于环境模拟的可靠性试验剖面中的 温度条件和试验时间Ttl为输入参数，计算在给定可靠性加速试验中给出的温度条件下的加 速试验时间T1，具体方法如下： 6. 1、计算温度条件加速因子Tv :根据电子产品的故障物理模型，计算潜在故障元 器件在环境模拟的可靠性试验剖面中的温度条件下的损伤，得到环境模拟的可靠性试验剖 面中的温度条件持续作用下热疲劳失效的n个潜在薄弱点N1, N2,…，Nn，n个潜在薄弱点 的首发故障循环数分别记为乂1，乂2,?1'111，?乂11，1 = 1，2，?11;计算在给定可靠性加 速试验的温度条件的损伤，得到n个潜在薄弱点的首发故障循环数分别记为N' T1，N' T2，… N'T1，…N'Tn;第i个故障点的加速因子tv1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法，其特征在于：进行电子产品可靠性加速试验的步骤如下：1.1、构建电子产品的数字样机模型：数字样机模型是指二维数字样机模型或三维数字样机模型，电子产品包括机箱、支架、模块、电路板和元器件；1.2、热应力状态和振动应力状态分析：采用有限元仿真分析软件分析电子产品在载荷条件下的热应力状态和振动应力状态，载荷条件是指环境载荷和工作载荷；1.3、确定电子产品的故障机理：根据电子产品所承受热应力状态和振动应力状态，结合电子产品的故障模式、影响及危害性分析报告、外场和实验室故障数据，确定电子产品的主要失效位置、失效模块、失效电路板和潜在故障元器件，及其故障机理。1.4、确定电子产品的故障物理模型：根据潜在故障元器件的故障机理，确定电子产品的故障物理模型，设置潜在故障元器件的几何结构参数、材料属性、应力参数、模型修正因子等模型参数；1.5、给定可靠性加速试验的温度条件：高温：被试验电子产品给出的极限温度范围的上限减去10℃～20℃，持续时间为温度稳定时间加上被试验电子产品测试时间；低温：被试验电子产品给出的极限温度范围的下限加上5℃～10℃，持续时间为温度稳定时间加上被试验电子产品测试时间；温度变化率：5℃/min～15℃/min；：1.6、计算加速试验时间T1：以被试验电子产品基于环境模拟的可靠性试验剖面中的温度条件和试验时间T0为输入参数，计算在给定可靠性加速试验中给出的温度条件下的加速试验时间T1，具体方法如下：1.6.1、计算温度条件加速因子τV：根据电子产品的故障物理模型，计算潜在故障元器件在环境模拟的可靠性试验剖面中的温度条件下的损伤，得到环境模拟的可靠性试验剖面中的温度条件持续作用下热疲劳失效的n个潜在薄弱点N1，N2，…，Nn，n个潜在薄弱点的首发故障循环数分别记为NT1，NT2，…NTi，…NTn，i＝1，2，…n；计算在给定可靠性加速试验的温度条件的损伤，得到n个潜在薄弱点的首发故障循环数分别记为N'T1，N'T2，…N'Ti，…N'Tn；第i个故障点的加速因子τVi：τVi=NTiN′Ti...[1]]]>将n个潜在故障点的加速因子进行算术平均，得到产品温度加速因子τV：τV=1nΣ1nτVi...[2]]]>1.6.2、计算加速试验时间T1：T1=T0τV×τ1...[3]]]>其中，t1为给定可靠性加速试验的温度条件时间；1.7、计算可靠性加速试验的振动条件：以基于环境模拟的可靠性试验剖面的振动条件和对应的振动应力施加时间T′0为输入参数，计算加速试验时间T1内振动应力施加时间T′1的振动量值，具体方法如下：1.7.1、计算振动加速因子bV：根据电子产品的故障物理模型，计算潜在故障元器件在环境模拟的可靠性试验剖面中的振动条件下的损伤，得到产品在基于环境模拟的可靠性试验剖面中振动条件Wa下振动疲劳失效的m个潜在薄弱点，分别在振动条件W01和振动条件W02下，得出的振动疲劳损伤模型分别计算产品在振动耐久故障点损伤率为1时的失效时间，将m个潜在薄弱点在振动条件W01下的首发故障时间记为tV1，tV2，…，tVj…tVm，j＝1，2，…m；将m个潜在薄弱点在振动条件W02下的首发故障时间记为t'V1，t'V2，…，t'Vj，…t'Vm,将第j个薄弱环节点在振动条件W01和振动条件W02条件下的首发故障时间代入公式:tvi′tvi=(W01W02)bvi...[4]]]>得到第j个故障点的常数因子bvi；将m个潜在故障点的加速因子进行算术平均，得到振动加速因子bV：bV=1mΣ1mbvj...[5]]]>1.7.2、计算在振动应力施加时间T′1下的振动量值Wb：Wb=Wa×(T0′T1′)1bV...[6]]]>1.8、试验实施及试验结果评估：综合温度和振动应力条件，并按照综合后的加速试验条件开展试验，试验结束后，按照下式对产品的平均故障间隔时间MTBF在给定置信度下的单侧置信下限θL进行评估：θL≥2T0χ(1-c),(2r+2)2...[7]]]>式中：r是在可靠性加速试验时间T1内出现的责任故障数；C是置信度，C＝0～1。...

【技术特征摘要】
1. 一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法，其特征在于：进行电子产品可 靠性加速试验的步骤如下： 1. 1、构建电子产品的数字样机模型：数字样机模型是指二维数字样机模型或三维数字 样机模型，电子产品包括机箱、支架、模块、电路板和元器件； 1. 2、热应力状态和振动应力状态分析：采用有限元仿真分析软件分析电子产品在载荷 条件下的热应力状态和振动应力状态，载荷条件是指环境载荷和工作载荷； 1. 3、确定电子产品的故障机理：根据电子产品所承受热应力状态和振动应力状态，结 合电子产品的故障模式、影响及危害性分析报告、外场和实验室故障数据，确定电子产品的 主要失效位置、失效模块、失效电路板和潜在故障元器件，及其故障机理。 1.4、确定电子产品的故障物理模型：根据潜在故障元器件的故障机理，确定电子产品 的故障物理模型，设置潜在故障元器件的几何结构参数、材料属性、应力参数、模型修正因 子等模型参数； 1. 5、给定可靠性加速试验的温度条件：高温：被试验电子产品给出的极限温度范围的 上限减去KTC?20°C，持续时间为温度稳定时间加上被试验电子产品测试时间；低温：被 试验电子产品给出的极限温度范围的下限加上5°C?10°C，持续时间为温度稳定时间加上 被试验电子产品测试时间；温度变化率：5°C /min?15°C /min ;: 1. 6、计算加速试验时间T1 :以被试验电子产品基于环境模拟的可靠性试验剖面中的温 度条件和试验时间Ttl为输入参数，计算在给定可靠性加速试验中给出的温度条件下的加速 试验时间T 1，具体方法如下： 1. 6. 1、计算温度条件加速因子τ v :根据电子产品的故障物理模型，计算潜在故障元器 件在环境模拟的可靠性试验剖面中的温度条件下的损伤，得到环境模拟的可靠性试验剖面 中的温度条件持续作用下热疲劳失效的η个潜在薄弱点NpN 2,…，Νη，η个潜在薄弱点的首 发故障循环数分别记为ΝΤ1，Ν Τ2，…NTi，…N...

【专利技术属性】
技术研发人员：任占勇，王昕，陈新，孙瑞锋，李想，王欣，王礼沅，杜鑫，
申请(专利权)人：中国航空综合技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11