一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法技术

一种DC‑DC电源模块的技术成熟度评价方法，步骤如下：一：构建DC‑DC电源模块的技术成熟度评价体系框架；二：建立DC‑DC电源模块的技术成熟度评价模型；三：计算DC‑DC电源模块的技术成熟度：得到技术维度、材料维度、设计维度和制造维度的技术要素的成熟度量值，从而计算得到DC‑DC电源模块的技术成熟度，进而对其技术成熟度的结果进行分析和评价；本发明专利技术为决策者提供定量的数据支持，评价参数全面，可信度高。运用KPA的评定方法，简洁明了、操作简单，能对DC‑DC电源模块的技术成熟度进行计算和评价，具有推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】
(一)
：本专利技术涉及一种电子元器件的技术成熟度评价方法，尤其涉及一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法。它是一种结合层次分析法(即AHP)和关键过程域法(即KPA)，构建技术成熟度评价模型，计算直流转直流(即DC-DC)电源模块的技术是成熟度，从而对其成熟度进行评价的方法，属于电子元器件技术成熟度评价领域。(二)
技术介绍
近年来，随着各国军事科技与武器装备等的迅猛发展，不仅对电子元器件的需求越来越大，对其可靠性要求还越来越高。但在国内外，研究系统、设备等的技术成熟度较多，对电子元器件的技术成熟度研究较少。对于电子元器件是否可用且可靠，往往是针对具体情况具体分析。比如针对机载环境，对元器件进行温度冲击、振动、温度循环等验证性试验，但装机后，元器件对整个系统的影响并没有很清楚的了解，尤其在新研改进设备中，没有过多的实际应用经验，只是针对应用条件及环境不能保证元器件可用且可靠，如大规模集成电路、高精度模拟电路等对设备影响很大，如果对其技术成熟度不了解，一旦出现问题，造成的损失将不可预估，因此研究电子元器件技术成熟度评价是必须且必要的。DC-DC电源模块是一种广泛应用于航空、航天和舰载的武器装备等军事领域的开关电源电路，具有体积小、质量轻、功率密度高、转换效率高等优点。该模块实际上也是一个高集成度的复杂电子系统，内部包含集成电路、电阻、电容、半导体分立器件、变压器、电感器等大量电子元器件，其制造工艺过程也极其复杂。其研制生产过程采用的设计技术、封装工艺、材料、元器件等技术要素成熟度如何，将直接影响其在武器装备中的应用。技术成熟度方法对与系统装备的评价已经很成熟，但不能直接应用在电子元器件上，技术成熟度方法的核心是将定性描述转换成定量的评价等级，将隐含和分散的特性归纳成可量化的评价指标体系，并建立主客观结合的评价模型，获得用于综合评价技术成熟度的量化指标。因此，本专利技术针对一种DC-DC源模块展开研究，确定其关键技术要素，运用数学方法构建DC-DC电源模块的技术成熟度评价模型，最终形成一整套完整的DC-DC技术成熟度评价方法，为用户选用提供可靠的依据。(三)
技术实现思路
：1.目的：本专利技术的目的是提供一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法，它是以技术成熟度评价体系框架为基础，并结合AHP和KPA，构建技术成熟度评价模型，并基于此模型提供一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法。2.技术方案：本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法，该方法的具体步骤如下：步骤一：构建DC-DC电源模块的技术成熟度评价体系框架：确定DC-DC电源模块的要素清单，根据其特征与联系和关键技术要素判断原则，提炼出从属于五个不同维度的11个技术要素，技术成熟度评价体系框架如图1所示，包括系统层、评价维度层、技术要素层、评价要素层、各层要素之间的对应关系以及相应结果的评价：第一层为系统层，即DC-DC电源模块的技术成熟度，其技术成熟度评价是一项结构复杂的系统工程；第二层为评价维度层，包括技术维度A、材料维度B、设计维度C、制造维度D和认证与检测维度E，评价维度层从属于系统层，其中，A、B、C、D分别代表技术、材料、设计和制造四个维度；第三层为技术要素层，包括芯片组装技术T1、互连技术T2、基板部分T3、互连材料T4、封装材料T5、元器件选型T6、可靠性设计T7、工艺流程设计T8、工艺参数T9、生产能力T10、认证与检测TE，从11个技术要素着手对其技术成熟度进行综合评价，技术要素层从属于评价维度层其中，Ti表示技术要素层的技术成熟度，i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；第四层为评价要素层，包括2D-MCM T11、3D-MCMT12、SIP系统级封装技术T13、低温共烧陶瓷技术T14、有铅回流焊技术T21、无铅回流焊技术T22、共晶焊接技术T23、厚膜浆料T31、基片材料T32、引线材料T41、导电胶T42、粘接材料T43、底座材料与镀层T51、盖板材料与镀层T52、引线材料与镀层T53、绝缘子T54、集成电路芯片T61、半导体分立器件T62、无源器件T63、降额设计T71、热设计T72、限用工艺T81、多层布线工艺T91、引线键合工艺T92、制造成熟度T10，1、合格产品目录(即QPL)TE1、合格制造商目录(即QML)TE2和破坏性物理分析(即DPA)TE3等等，其中Tij表示从属技术要素的评价要素的技术成熟度，j＝1,2,3,；4i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；T、Ti、Tij的取值范围均为[0，1]，DC-DC电源模块的技术成熟度的评价通过评价要素的量值开展。T∈[0，0.5)，表示应用该器件风险很大，不能选用；T∈[0.5，0.7)，表示应用该器件风险较大，慎重选用；T∈[0.7，0.9)，表示应用该器件风险较小，可以选用；T∈[0.9，1]，表示应用该器件风险很小，推荐选用；步骤二：建立DC-DC电源模块的技术成熟度评价模型：以技术成熟度评价体系框架为基础，用AHP得到其各维度的技术成熟度。用KPA结合成熟度模型、产品化和鉴定检验等之间的关联，对认证与检测维度，制定相对应的关键过程域，以AHP所得结果为主，结合KPA中设定的上限或下限对技术成熟度进行最终的判定，得到如图2所示的DC-DC电源模块的技术成熟度评价模型；其中，用AHP得到DC-DC电源模块各维度的技术成熟度的具体步骤如下：(1)把DC-DC电源模块的技术成熟度评价分层：分为目标层、准则层和决策层，目标层为DC-DC电源模块的技术成熟度，准则层包括技术维度、材料维度、设计维度、制造维度共四个要素，决策层为需要进行评价的某一款DC-DC电源模块；(2)比较尺度：对准则层中的四个维度对目标层的影响程度进行两两比较，A、B、C、D分别对应技术、材料、设计和制造四个维度。比较结果分九个等级，其中五个明确的表述等级：A与B相比影响相同；A与B相比影响稍强；A与B相比影响强；A与B相比影响明显强；A与B相比影响极端强；另外四个等级为介于上述两个相邻等级之间。比较结果填写在如表1所示的关系表中；表1准则层中四个维度的关系表准则技术维度A材料维度B设计维度C制造维度D技术维度A－材料维度B－－设计维度C－－－制造维度D－－－－(3)构建比较矩阵：以aij表示第i个要素与第j个要素相比影响的强弱程度，将各维度之间影响比较结果按表2中的对应关系量化，并由此构建成对比较矩阵A＝(aij)4×4。其中，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；i＝j时，aij＝1；aij×aji＝1；表2描述语句与量化原则aij含义1第i个维度与第j个维度相比影响相同2第i个维度与第j个维度相比影响介于相同与稍强3第i个维度与第j个维度相比影响稍强4第i个维度与第j个维度相比影响介于稍强与强5第i个维度与第j个维度相比影响强6第i个维度与第j个维度相比影响介于强与明显强7第i个维度与第j个维度相比影响明显强8第i个维度与第j个维度相比影响介于强与极端强9第i个维度与第j个维度相比影响极端强(4)计算各维度权重向量，即设为技术、材料、设计、制造四个维度的权重向量，本专利技术采用算数平均法，权重向量的计算如公式(1)所示；式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC电源模块的技术成熟度评价方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一：第一层为系统层，即DC‑DC电源模块的技术成熟度，其技术成熟度评价是一项结构复杂的系统工程；第二层为评价维度层，包括技术维度A、材料维度B、设计维度C、制造维度D和认证与检测维度E，评价维度层从属于系统层，其中，A、B、C、D分别代表技术、材料、设计和制造四个维度；第三层为技术要素层，包括芯片组装技术T1、互连技术T2、基板部分T3、互连材料T4、封装材料T5、元器件选型T6、可靠性设计T7、工艺流程设计T8、工艺参数T9、生产能力T10、认证与检测TE，从11个技术要素着手对其技术成熟度进行综合评价，技术要素层从属于评价维度层其中，Ti表示技术要素层的技术成熟度，i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；第四层为评价要素层，包括2D‑MCMT11、3D‑MCMT12、SIP系统级封装技术T13、低温共烧陶瓷技术T14、有铅回流焊技术T21、无铅回流焊技术T22、共晶焊接技术T23、厚膜浆料T31、基片材料T32、引线材料T41、导电胶T42、粘接材料T43、底座材料与镀层T51、盖板材料与镀层T52、引线材料与镀层T53、绝缘子T54、集成电路芯片T61、半导体分立器件T62、无源器件T63、降额设计T71、热设计T72、限用工艺T81、多层布线工艺T91、引线键合工艺T92、制造成熟度T10，1、合格产品目录(即QPL)TE1、合格制造商目录即QML、TE2和破坏性物理分析即DPA、TE3，其中Tij表示从属技术要素的评价要素的技术成熟度，j＝1,2,3,4；i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；T、Ti、Tij的取值范围均为[0，1]，DC‑DC电源模块的技术成熟度的评价通过评价要素的量值开展；T∈[0，0.5)，表示应用该器件风险很大，不能选用；T∈[0.5，0.7)，表示应用该器件风险较大，慎重选用；T∈[0.7，0.9)，表示应用该器件风险较小，能选用；T∈[0.9，1]，表示应用该器件风险很小，推荐选用；步骤二：建立DC‑DC电源模块的技术成熟度评价模型：以技术成熟度评价体系框架为基础，用AHP得到DC‑DC电源模块各维度的技术成熟度；用KPA结合成熟度模型、 产品化和鉴定检验等之间的关联，对认证与检测维度，制定相对应的关键过程域，以AHP所得结果为主，结合KPA中设定的上限或下限对技术成熟度进行最终的判定；其中，用AHP得到DC‑DC电源模块各维度的技术成熟度的具体步骤如下：(1)把DC‑DC电源模块的技术成熟度评价分层：分为目标层、准则层和决策层，目标层为DC‑DC电源模块的技术成熟度，准则层包括技术维度、材料维度、设计维度、制造维度共四个要素，决策层为需要进行评价的某一款DC‑DC电源模块；(2)比较尺度：对准则层中的四个维度对目标层的影响程度进行两两比较，A、B、C、D分别对应技术、材料、设计和制造四个维度；比较结果分九个等级，其中五个明确的表述等级：A与B相比影响相同；A与B相比影响稍强；A与B相比影响强；A与B相比影响明显强；A与B相比影响极端强；另外四个等级为介于上述两个相邻等级之间；比较结果填写在如表1所示的关系表中；表1 准则层中四个维度的关系表准则 技术维度A 材料维度B 设计维度C 制造维度D 技术维度A －       材料维度B － －     设计维度C － － －   制造维度D － － － － (3)构建比较矩阵：以aij表示第i个要素与第j个要素相比影响的强弱程度，将各维度之间影响比较结果按表2中的对应关系量化，并由此构建成对比较矩阵A＝(aij)4×4；其中，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；i＝j时，aij＝1；aij×aji＝1；表2 描述语句与量化原则(4)计算各维度权重向量，即设为技术、材料、设计、制造四个维度的权重向量，本专利技术采用算数平均法，权重向量的计算如公式(1)所示；式(1)中：aij表示第i个要素与第j个要素相比影响的强弱程度；i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；k＝1,2,3,4；(5)一致性检验：以上述权重向量作为特征向量求出与之相对应的成对比较矩阵A的特征值λ，定义一致性指标其中n为A的对角线元素之和；定义随机一致性指标RI，其中，RI的取值如表3所示，N表示矩阵A的阶数；当一致性比率时，认定A的不一致程度符合要求，A的归一化特征向量即为技术成熟度综合评价所需的四个维度的权重向量当一致性比率时，则需要重新进行尺度比较，对成对比较矩阵A进行调整；表3 随机一致性指标RI的取值N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 其中，应用KP...

【技术特征摘要】
1.一种DC-DC电源模块的技术成熟度评价方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：步骤一：第一层为系统层，即DC-DC电源模块的技术成熟度，其技术成熟度评价是一项结构复杂的系统工程；第二层为评价维度层，包括技术维度A、材料维度B、设计维度C、制造维度D和认证与检测维度E，评价维度层从属于系统层，其中，A、B、C、D分别代表技术、材料、设计和制造四个维度；第三层为技术要素层，包括芯片组装技术T1、互连技术T2、基板部分T3、互连材料T4、封装材料T5、元器件选型T6、可靠性设计T7、工艺流程设计T8、工艺参数T9、生产能力T10、认证与检测TE，从11个技术要素着手对其技术成熟度进行综合评价，技术要素层从属于评价维度层其中，Ti表示技术要素层的技术成熟度，i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；第四层为评价要素层，包括2D-MCMT11、3D-MCMT12、SIP系统级封装技术T13、低温共烧陶瓷技术T14、有铅回流焊技术T21、无铅回流焊技术T22、共晶焊接技术T23、厚膜浆料T31、基片材料T32、引线材料T41、导电胶T42、粘接材料T43、底座材料与镀层T51、盖板材料与镀层T52、引线材料与镀层T53、绝缘子T54、集成电路芯片T61、半导体分立器件T62、无源器件T63、降额设计T71、热设计T72、限用工艺T81、多层布线工艺T91、引线键合工艺T92、制造成熟度T10，1、合格产品目录(即QPL)TE1、合格制造商目录即QML、TE2和破坏性物理分析即DPA、TE3，其中Tij表示从属技术要素的评价要素的技术成熟度，j＝1,2,3,4；i＝1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,E；T、Ti、Tij的取值范围均为[0，1]，DC-DC电源模块的技术成熟度的评价通过评价要素的量值开展；T∈[0，0.5)，表示应用该器件风险很大，不能选用；T∈[0.5，0.7)，表示应用该器件风险较大，慎重选用；T∈[0.7，0.9)，表示应用该器件风险较小，能选用；T∈[0.9，1]，表示应用该器件风险很小，推荐选用；步骤二：建立DC-DC电源模块的技术成熟度评价模型：以技术成熟度评价体系框架为基础，用AHP得到DC-DC电源模块各维度的技术成熟度；用KPA结合成熟度模型、 产品化和鉴定检验等之间的关联，对认证与检测维度，制定相对应的关键过程域，以AHP所得结果为主，结合KPA中设定的上限或下限对技术成熟度进行最终的判定；其中，用AHP得到DC-DC电源模块各维度的技术成熟度的具体步骤如下：(1)把DC-DC电源模块的技术成熟度评价分层：分为目标层、准则层和决策层，目标层为DC-DC电源模块的技术成熟度，准则层包括技术维度、材料维度、设计维度、制造维度共四个要素，决策层为需要进行评价的某一款DC-DC电源模块；(2)比较尺度：对准则层中的四个维度对目标层的影响程度进行两两比较，A、B、C、D分别对应技术、材料、设计和制造四个维度；比较结果分九个等级，其中五个明确的表述等级：A与B相比影响相同；A与B相比影响稍强；A与B相比影响强；A与B相比影响明显强；A与B相比影响极端强；另外四个等级为介于上述两个相邻等级之间；比较结果填写在如表1所示的关系表中；表1 准则层中四个维度的关系表准则 技术维度A 材料维度B 设计维度C 制造维度D 技术维度A － 材料维度B － － 设计维度C － － － 制造维度D － － － － (3)构建比较矩阵：以aij表示第i个要素与第j个要素相比影响的强弱程度，将各维度之间影响比较结果按表2中的对应关系量化，并由此构建成对比较矩阵A＝(aij)4×4；其中，i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；i＝j时，aij＝1；aij×aji＝1；表2 描述语句与量化原则(4)计算各维度权重向量，即设为技术、材料、设计、制造四个维度的权重向量，本发明采用算数平均法，权重向量的计算如公式(1)所示；式(1)中：aij表示第i个要素与第j个要素相比影响的强弱程度；i＝1,2,3,4；j＝1,2,3,4；k＝1,2,3,4；(5)一致性检验：以上述权重向量作为特征向量求出与之相对应的成对比较矩阵A的特征值λ，定义一致性指标其中n为A的对角线元素之和；定义随机一致性指标RI，其中，RI的取值如表3所示，N表示矩阵A的阶数；当一致性比率时，认定A的不一致程度符合要求，A的归一化特征向量 即为技术成熟度综合评价所需的四个维度的权重向量 当一致性比率时，则需要重新进行尺度比较，对成对比较矩阵A进行调整；表3 随机一致性指标RI的取值N1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 其中，应用KPA中设定的上限或下限对技术成熟度进行最终的判定的具体步骤为：(1)应用KPA的理论对最终结果进行上下限的限定：应用KAP对认证与检测维度下属三个评价要素——QPL、QML和DPA进行量化，量化原则如表4所示；表4 评价要素量化原则及其关键过程域量化原则TE的评价要素 量化原则 是否为QPL产品 是：TE1＝1；否：TE1＝0 是否为QML生产线生产的产品 是：TE2＝1；否：TE2＝0 是否做过完整的DPA 是：TE3＝1；否：TE3＝0 (2)计算认证与检测的技术成熟度TE：其技术成熟度如公式(2)所示，TE＝max(TE1，TE2，TE3) (2)式(2)中：TE1，TE2，TE3分别为QPL、QML和DPA的技术成熟度；QPL、QML和DPA是元器件选型的重要依据，满足三项中的任何一项，该电路的技术成熟度不应低于0.8；不满足这三项要求，该电路的技术成熟度不应高于0.8；运用KAP，将该项准则对DC-DC电源模块的技术成熟度进行上下限的限制，具体量化原则如表5所示；表5 关键过程域所对应的上下限及其量化关系步骤三：计算DC-DC电源模块的技术成熟度：得到技术维度、材料维度、设计维度和制造维度的技术要素的成熟度量值，从而计算得到DC-DC的技术成熟度，进而对DC-DC电源模块的技术成熟度的结果进行分析和评价；计算各维度的成熟度量值的具体步骤如下：(1)基于文献统计的技术成熟度评价模型，对各技术维度的要素进行技术成熟度评价，得到各技术的文献累计量以后，应用logistic函数对各个子技术的文献统计数量进行最小二乘法拟合，拟合的结果中最小值为各技术维度的成熟度 量值，即：T1＝min(T1j)，T2＝min(T2j) (3)式(3)中：T1和T2分别表示芯片组装技术和互连技术的成熟度量值，Tij表示从属技术维度的评价要素的技术成熟度，i＝1，2；j＝1,2,3,4；(2)基于模糊层次综合优选模型，对材料维度的基板部分、互连材料和封装材料，设计维度的元器件选型、可靠性设计和工艺流程设计进行语言描述，将描述语句进行量化得到对应的成熟度量值，即：T3＝min(T3j)，T4＝min(T4j)，T5＝min(T5j) (4)式(4)中：T3、T4和T5分别表示基板部分、互连材料和封装材料的成熟度量值，Tij表示从属材料维度的评价要素的技术成熟度，i＝3,4,5；j＝1,2,3,4；式(5)中：T6表示元器件选型的技术成熟度；n表示电子元器件的个数；ti表示单个元器件的技术成熟度；T7＝min(T71，T72) (6)式(6)中：T7表示可靠性设计的技术成熟度；T71表示降额设计的技术成熟度；T72表示热设计的技术成熟度；式(7)中：T8表示工艺流程设计的技术成熟度；m表示限用工艺和不合理工艺顺序的数量；(3)计算制造维度的综合工艺参数和生产能力的技术成熟度量值，即：综合工艺参数成熟度量值T9的计算方法为：T9＝min(T91，T92) (8)式(8)中：T91表示多层布线工艺的成熟度量值；T92表示引线键合工艺的成熟度量值；生产能力成熟度量值的计算方法为：针对DC-DC电源模块的选用，考虑生产厂家 的生产能力，并根据其生产能力相对应的制造成熟度等级即MRL进行量化，即生产能力成熟度量值T10和制造成熟度T10，1相等，T10，1量化值如表6所示；表6 制造成熟度量值表其中，计算DC-DC电源模块的技术成熟度并对其结果进行分析和评价的具体步骤为：(1)应用AHP计算DC-DC电源模块的技术成熟度量值：由步骤二把维度层的权重指标传递到技术要素层，设第i个技术要素的权重指标为ωi，则有由步骤三得到各技术要素的技术成熟度Ti＝min(Tij)及对应的权重向量计算能得DC-DC电源模块的技术成熟度量值T0，即：式(9)中：ωi表示第i个技术要素的权重指标；Ti表示各技术要素的技术成熟度；...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔灿，黄姣英，高成，吕旭波，
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