一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法技术方案

一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法包括如下步骤：步骤1：考虑环境波动及工艺偏差，抽样获取m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；步骤2：利用失效物理寿命数据，计算三维集成系统级组件寿命分布参数及其超参数；步骤3：利用三维集成系统级组件的失效物理评价方法，结合工艺偏差、使用环境波动，基于蒙特卡洛方法，可得到航天器用三维集成系统级组件的寿命分布以及分布参数的先验分布。考虑有失效数据及无失效数据，利用贝叶斯方法，评价三维集成系统级组件的综合寿命。该方法利用了失效物理评价方法，并考虑了失效数据及无失效数据，相较于传统的可靠性预计方法，其寿命综合评价结果具有更高的可信度。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法
本专利技术涉及一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，适用于综合航天器用三维集成系统级组件失效物理评价、使用数据、试验数据等可靠性相关信息，以评价航天器用三维集成系统级组件的寿命分布，便于控制航天器用三维集成系统级组件在应用条件下的风险，属于航天器组件寿命评价

技术介绍
三维集成系统级组件由于其小型化、轻量化、多功能及高性能的技术特点，已被开始逐渐应用在航天、航空、兵器等各个领域。三维集成系统级组件主要有多种不同功能的芯片和元器件，通过复杂的结构及工艺构成，其使用面临着严峻的使用可靠性问题。目前，在航天器用三维集成系统级组件应用过程中，可产生的寿命评价相关数据包括失效物理评价数据、使用数据、试验数据等一系列可靠性相关数据。如何综合利用这些数据，评价航天器用三维集成系统级组件的寿命结果，给出航天器用三维集成系统级组件更为可信与可靠的结果，是航天器用三维集成系统级组件寿命评价中有应用前景的方向及亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：本专利技术目的是提供一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，该方法利用三维集成系统级组件的失效物理评价方法，结合蒙特卡洛方法，可得到航天器用三维集成系统级组件的寿命分布以及分布参数的先验分布，基于贝叶斯方法，考虑有失效数据及无失效数据，可得到航天器用三维集成系统级组件寿命分布参数的后验分布，最终得到分析得出航天器用三维集成系统级组件的综合寿命。本专利技术的技术方案是：一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，步骤如下：步骤1：根据三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，抽样获取m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；步骤2：利用失效物理寿命数据，计算三维集成系统级组件寿命分布参数及分布参数的超参数；步骤3：根据有失效数据及无失效数据，利用贝叶斯方法，评价三维集成系统级组件的综合寿命。步骤1中所述的考虑三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，对导致三维集成系统级组件失效的失效机理所对应的失效物理模型参数进行正态分布抽样，共抽取m×n组的失效物理模型参数，其中m>1000，n>10000；利用失效物理模型，评价得到m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；步骤2中计算三维集成系统级组件寿命分布参数及分布参数的超参数的具体方法为：对每n个三维集成系统级组件失效物理寿命进行Gamma分布拟合，获得m组Gamma分布参数αj及λj，进而计算得到Gamma分布的参数λj分布的超参数α’及β’。所述Gamma分布参数αj及λj的计算公式如下：其中,1≤j≤m，1≤i≤n，tij为抽样所得的失效物理寿命值。5、根据权利要求4所述的一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，其特征在于：所述计算得到Gamma分布的参数λj分布的超参数α’及β’的具体公式为：其中1≤j≤m，1≤i≤n。所述步骤3中利用贝叶斯方法评价三维集成系统级组件的综合寿命。所述利用贝叶斯方法评价三维集成系统级组件的综合寿命的具体方法为：将三维集成系统级组件的有失效数据分为一组，记为tF＝(tF1,tF2,…,tFk)，将三维集成系统级组件的无失效数据分为一组，记为tS＝(tS1,tS2,…,tSl)，计算得到后验分布π后验(λ)，进而得到π后验(λ)的期望λE为则三维集成系统级组件的综合寿命概率密度函数f(t)为得到三维集成系统级组件的综合寿命LT为所述后验分布π后验(λ)的计算公式为：本专利技术与现有技术相比的优点在于：该方法利用失效物理寿命评价方法用作航天器用三维集成系统级组件的先验信息分布，可考虑航天器用三维集成系统级组件的材料信息、结构信息、工艺信息，以及其使用环境信息；以航天器用三维集成系统级组件在试验过程、使用过程中存在着大量的可靠性数据用作航天器用三维集成系统级组件的更新信息，可综合考虑并有效利用航天器用三维集成系统级组件全寿命周期的可靠性相关信息，最终获得更为可信的航天器用三维集成系统级组件综合寿命预计结果。附图说明图1为一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法的实施流程。具体实施方式下面结合具体的实施案例，对本专利技术所述的一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法进行详细说明。案例：某航天器用三维集成系统级组件某航天器用三维集成系统级组件相关信息和应用环境如下：某航天器用三维集成系统级组件：由ASIC芯片、FLASH芯片、SRAM芯片三块芯片构成；其中ASIC通过倒装焊的方式与基板实现机械与电气互连，FLASH、SRAM都是通过焊料与基板实现机械互连，通过键合引线实现电气互连。某航天器用三维集成系统级组件外部封装尺寸为50mm×50mm×7mm，封装类型为方形扁平无引脚封装QFN。各芯片的位置及功耗等信息见表二。某三维集成系统级组件包括ASIC、FLASH、SRAM三块芯片，每块芯片都有经时击穿(TDDB)、金属化层电迁移(EM)、热载流子注入(HCI)三种失效机理，芯片失效物理模型参数信息见表三；ASIC的互连结构为微凸点，只包括微凸点热疲劳失效机理，FLASH、SRAM芯片互连结构有焊料层和键合引线，包括键合引线弯曲疲劳失效机理，互连结构失效物理模型参数信息见表四；整个三维集成系统级组件只有QFN一种封装类型，其失效机理包括封装体振动失效、封装体热疲劳，封装体失效物理模型参数信息见表五。应用环境：某航天器用三维集成系统级组件安装于200mm×350mm×4mm的PCB板上，在平面上的位置为(135,110)；一般情况下，环境温度稳定在25℃左右。表二某三维集成系统级组件各芯片信息芯片ASICFLASHSRAM长×宽×高(mm)9×9×0.47×5×0.413.5×11×0.4互连方式倒装焊键合引线+焊料粘接键合引线+焊料粘接互连材料SnPbAu-Al+SnPbAu-Al+SnPb耗散功率(W)10.20.4表三芯片失效物理模型参数表四互连结构失效物理模型参数表五封装体失效物理模型参数步骤1：利用失效物理评价方法，结合上述输入信息，考虑三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，其中，工艺偏差影响电场强度，服从均值为5，标准差为0.25的正态分布，环境波动为温度波动，温度服从均值为343.35，标准差为0.034335的正态分布，对导致三维集成系统级组件失效的失效机理所对应的失效物理模型参数进行正态分布抽样，共抽取1000×10000组失效物理模型参数，利用失效物理模型，可评价得到1000×10000个三维集成系统级组件失效物理寿命tij，详见参考文献“Lifepredictionmethodologyofsystem-in-packagebasedonphysicsoffailure”；为保证稳定的抽样结果，抽样数据量较大，因此，数据就不一一列出。步骤2：利用失效物理寿命数据，计算三维集成系统级组件寿命分布参数及其超参数。对每10000个三维集成系统级组件失效物理寿命tij进行Gamma分布拟合，可获得1000组Gamma分布参数αj及λj，计算公式如下并可计算Gamma分布的参数α为计算Gamma分布的参数λ分布的超参数α’及β’为步骤3：考虑有失效数据及无失效数据，如表六所示，基于贝叶斯方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，抽样获取m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；步骤2：利用失效物理寿命数据，计算三维集成系统级组件寿命分布参数及分布参数的超参数；步骤3：根据有失效数据及无失效数据，利用贝叶斯方法，评价三维集成系统级组件的综合寿命。

【技术特征摘要】
1.一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，抽样获取m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；步骤2：利用失效物理寿命数据，计算三维集成系统级组件寿命分布参数及分布参数的超参数；步骤3：根据有失效数据及无失效数据，利用贝叶斯方法，评价三维集成系统级组件的综合寿命。2.根据权利要求1所述的一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，其特征在于：步骤1中所述的考虑三维集成系统级组件的工艺偏差及环境波动，对导致三维集成系统级组件失效的失效机理所对应的失效物理模型参数进行正态分布抽样，共抽取m×n组的失效物理模型参数，其中m>1000，n>10000；利用失效物理模型，评价得到m×n个三维集成系统级组件失效物理寿命；3.根据权利要求1所述的一种航天器用三维集成系统级组件寿命综合评价方法，其特征在于：步骤2中计算三维集成系统级组件寿命分布参数及分布参数的超参数的具体方法为：对每n个三维集成系统级组件失效物理寿命进行Gamma分布拟合，获得m组Gamma分布参数αj及λj，进而计算得到Gamma分布的参数λj分布的超参数α’及β’。4.根据权利要求3所述的一种航天器用三维集...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，祝名，刘莉，吕倩倩，李楠，谷瀚天，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11