一种固体钽电解电容器寿命预测方法技术

一种固体钽电解电容器寿命预测方法，它有七个步骤：一、采集漏电流退化数据；二、确定退化轨迹模型和加速退化模型；三、由退化轨迹模型外推得到每个样本的伪失效寿命；四、伪寿命分布假设检验及其未知参数估计；五、确定伪寿命分布总体参数与应力水平的关系；六、外推估计正常应力下钽电容的寿命分布总体参数；七、确定钽电容的平均寿命和可靠度曲线；本发明专利技术构思新颖，程序简约，无需寿命试验，可缩短试验时间，节约试验成本，解决传统寿命预测与工程实际不相适应的问题。它在寿命预测技术领域里具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于寿命预测

技术介绍
固体钽电解电容器(以下简称为钽电容)由于其体积小、容量大、漏电流小、低损 耗、可靠性高，具有自愈性等诸多优异性能而被广泛地应用于宇航、航空航天等领域，在电 子产品中主要起电源滤波、退耦、耦合、谐振等作用。钽电容失效会引发整个系统可靠性迅 速下降，甚至发生故障，因此对其寿命进行科学地评估和预测尤为重要。随着科学技术的进步与发展，钽电容的可靠性得到极大的提高，在定时截尾寿命 试验中，经常会出现无失效的情况。对于建立在失效数据分析基础上的贮存寿命理论来说， 在极少失效甚至是无失效的情况下，如何对钽电容寿命进行预测是一个难题。钽电容功能是由其性能参数表征的，并且动态环境对钽电容的影响也体现在性能 参数的变化上，很多情况下钽电容失效与性能退化存在着必然的联系，钽电容性能退化可 导致失效。传统的可靠性验证试验仅记录失效和试验时间，在建模分析过程中并没有考虑 钽电容性能退化过程中所包含的信息，而钽电容性能退化过程中包含着大量可信、精确而 又有用的与钽电容寿命有关的关键信息，所以从钽电容性能参数的变化着手，通过对表征 钽电容功能的某些量进行连续测量，取得退化数据，利用退化数据对元器件功能的退化过 程进行分析，就可以对钽电容的寿命做出评定。利用性能退化数据进行钽电容寿命预测，可 解决传统寿命预测与工程实际不相适应的问题。钽电容的失效通常表现为两种形式一种是突变性的致命失效，另一种是渐变性 的参数超差失效。前者包括电容的各种击穿和开路，后者是由于在外界应力作用下，电容的 电参数逐渐发生变化，当有一个电参数变化到超过允许偏差值、即超过规定的范围时，就属 于超差失效。在贮存状态下，固钽电容主要失效机理有水汽(潮湿作用)、离子迁移、表面污染、 电解质内部缺陷及介质老化或热分解、电极腐蚀、杂质和有害离子作用、引线和电极接触电 子增加。若只考虑温度为主要的贮存环境，电容主要的失效模式表现为漏电流偏大。漏电 流为在规定条件下极板间加上一定的直流电压时流经电容器的传导电流。漏电流归咎于介 质氧化膜中的缺陷，它是使用电压和环境温度的函数，并与原材料纯度、工艺过程、筛选条 件密切相关。温度上升加速了电容内部的电化学反应，使其材料性能劣化引起电介膜变质， 漏电流剧增，从而导致失效。漏电流是导致阳极氧化膜老化的主要因素，也是决定固钽电容 寿命的固有因素。与普通电容相比，由于钽电容具高可靠、长寿命、软失效等特点，在短时间内很难 得到它的寿命数据，传统寿命试验方法面临着试验时间长、费用贵等困难。由于高可靠钽 电容在各军用型号中大量使用，迫切需要研究在工程上适用的高可靠性钽电容寿命评估技 术。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供了一种固体钽电解电容器寿命 预测方法，它是基于漏电流性能退化的钽电容寿命预测的一种方法，可解决传统寿命预测 与工程实际不相适应的问题。与传统寿命试验相比，采用本专利技术的寿命预测方法，可缩短试 验时间，节约试验成本。2、技术方案本专利技术，它包括以下几个步 骤步骤一、采集漏电流退化数据；分别在85°C、125°C和150°C这三组温度应力下对 钽电容进行恒定应力加速退化贮存寿命试验。各应力下的试验样本数为5个，各钽电容在 贮存48小时、144小时、336小时、720小时和1488小时后分别进行常温采集漏电流退化数 据；步骤二、确定退化轨迹模型和加速退化模型；退化轨迹分别采用线性模型、指数模 型、幂模型和自然对数模型进行拟合，将拟合优度最好的模型确定为退化轨迹模型；(1)线 性模型yi = α it+ β i ；⑵指数模型兄=β^·' ； (3)幂模型乃=β^ta- ； (4)自然对数模 型Yi= ailn(t) + i3i;其中…表示钽电容的性能退化参数；i表示某一应力水平作用下接 受试验的样品的个数；t为试验时间；退化轨迹为单个试验样品在某一应力水平作用下的 性能退化随着时间变化的轨迹，因此对于η个试验样品则有η条性能退化轨迹。本专利技术采用误差平方和(SSE)和相关系数的平方(R2)这两个指标来评价各个模 型的拟合优度。其中SSE越接近0说明拟合越好，R2取值越接近1说明拟合越好。误差平方和(SSE)的计算公式为ηΛ 权利要求1. ，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一采集漏电流退化数据；分别在85°C、125°C和150°C这三组温度应力下对钽电 容进行恒定应力加速退化贮存寿命试验；各应力下的试验样本数为5个，各钽电容在贮存 48小时、144小时、336小时、720小时和1488小时后分别进行常温采集漏电流退化数据；步骤二 确定退化轨迹模型和加速退化模型；退化轨迹分别采用线性模型、指数模型、 幂模型和自然对数模型进行拟合，将拟合优度最好的模型确定为退化轨迹模型；1、线性模 M =Yi = α时i ；2、指数模型只=W ； 3、幂模型只=β^f' ； 4、自然对数模型:Yi = α ηω + β,；其中..Ji表示钽电容的性能退化参数；i表示某一应力水平作用下接受试验 的样品的个数；t为试验时间；退化轨迹为单个试验样品在某一应力水平作用下的性能退 化随着时间变化的轨迹，因此对于η个试验样品则有η条性能退化轨迹；采用误差平方和即 SSE和相关系数的平方即R2这两个指标来评价各个模型的拟合优度；其中SSE越接近0说 明拟合越好，R2取值越接近1说明拟合越好；误差平方和SSE的计算公式为全文摘要，它有七个步骤一、采集漏电流退化数据；二、确定退化轨迹模型和加速退化模型；三、由退化轨迹模型外推得到每个样本的伪失效寿命；四、伪寿命分布假设检验及其未知参数估计；五、确定伪寿命分布总体参数与应力水平的关系；六、外推估计正常应力下钽电容的寿命分布总体参数；七、确定钽电容的平均寿命和可靠度曲线；本专利技术构思新颖，程序简约，无需寿命试验，可缩短试验时间，节约试验成本，解决传统寿命预测与工程实际不相适应的问题。它在寿命预测
里具有广阔的应用前景。文档编号G01R31/02GK102033182SQ20101058152公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日专利技术者付桂翠, 梅亮, 高成, 黄姣英 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体钽电解电容器寿命预测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：采集漏电流退化数据；分别在８５℃、１２５℃和１５０℃这三组温度应力下对钽电容进行恒定应力加速退化贮存寿命试验；各应力下的试验样本数为５个，各钽电容在贮存４８小时、１４４小时、３３６小时、７２０小时和１４８８小时后分别进行常温采集漏电流退化数据；步骤二：确定退化轨迹模型和加速退化模型；退化轨迹分别采用线性模型、指数模型、幂模型和自然对数模型进行拟合，将拟合优度最好的模型确定为退化轨迹模型；１、线性模型：ｙ↓［ｉ］＝α↓［ｉ］ｔ＋β↓［ｉ］；２、指数模型：ｙ↓［ｉ］＝β↓［ｉ］ｅ↑［α↓［ｉ］ｔ］；３、幂模型：ｙ↓［ｉ］＝β↓［ｉ］.ｔ↑［α↓［ｉ］］；４、自然对数模型：ｙ↓［ｉ］＝α↓［ｉ］ｌｎ（ｔ）＋β↓［ｉ］；其中：ｙ↓［ｉ］表示钽电容的性能退化参数；ｉ表示某一应力水平作用下接受试验的样品的个数；ｔ为试验时间；退化轨迹为单个试验样品在某一应力水平作用下的性能退化随着时间变化的轨迹，因此对于ｎ个试验样品则有ｎ条性能退化轨迹；采用误差平方和即ＳＳＥ和相关系数的平方即Ｒ↑［２］这两个指标来评价各个模型的拟合优度；其中ＳＳＥ越接近０说明拟合越好，Ｒ↑［２］取值越接近１说明拟合越好；误差平方和ＳＳＥ的计算公式为：ＳＳＥ＝＊（ｙ↓［ｉ］－＊↓［ｉ］）↑［２］（１）相关系数Ｒ的平方Ｒ↑［２］为回归平方和ＳＳＲ与总平方和ＳＳＴ的比值，计算公式为：Ｒ↑［２］＝ＳＳＲ／ＳＳＴ＝１－＊（＊↓［ｉ］－＊）↑［２］／＊（ｙ↓［ｉ］－＊）（２）由于贮存环境中的温度是导致固钽电容退化的主要应力，因此选择的加速退化模型为阿伦尼斯即Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型，加速退化模型如下：ξ＝Ａｅ↑［Ｅ／ＫＴ］（３）上式中，ξ表示伪寿命服从分布的参数或者退化量特征值符合的退化模型的系数；Ａ是一个正常数；Ｅ是激活能，与材料有关，单位是电子伏特，用ｅｖ来表示；Ｋ是波尔兹曼常数，为８．６１７＊１０↑［－５］ｅｖ／℃，从而Ｅ／ｋ的单位是温度，因此又称Ｅ／Ｋ为激活温度；Ｔ是绝对温度，它等于摄氏温度加２７３，对式（３）两边取对数，得：ｌｎξ＝ａ＋ｂ／Ｔ（４）式（４）中，ａ＝ｌｎＡ，ｂ＝Ｅ／ｋ；它们都是待确定的参数；步骤三：由退化轨迹模型外推得到每个样本的伪失效寿命；步骤四：伪寿命分布假设检验及其未知参数估计；用Ｋｏｌｍｏｇｌｒｏｖ－Ｓｍｉｒｎｏｖ检验法，对伪失效寿命数据分别进行Ｗｅｉｂｕｌｌ分布、正...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高成，黄姣英，付桂翠，梅亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]