一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法

摘要

本发明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。

主权项

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n个潜在薄弱点N₁，N₂，…，N_n，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，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τ_Vi：${\tau }_{\mathrm{Vi}}=\frac{N_{\mathrm{Ti}}}{{N^{\prime }}_{\mathrm{Ti}}}...\left[1\right]$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τ_V：${\tau }_V=\frac{1}{n}\underset{1}{\overset{n}{\Sigma }}{\tau }_{\mathrm{Vi}}...\left[2\right]$1.6.2、计算加速试验时间T₁：$T_1=\frac{T_0}{{\tau }_V\times {\tau }_1}...\left[3\right]$其中，t₁为给定可靠性加速试验的温度条件时间；1.7、计算可靠性加速试验的振动条件：以基于环境模拟的可靠性试验剖面的振动条件和对应的振动应力施加时间T′₀为输入参数，计算加速试验时间T₁内振动应力施加时间T′₁的振动量值，具体方法如下：1.7.1、计算振动加速因子b_V：根据电子产品的故障物理模型，计算潜在故障元器件在环境模拟的可靠性试验剖面中的振动条件下的损伤，得到产品在基于环境模拟的可靠性试验剖面中振动条件W_a下振动疲劳失效的m个潜在薄弱点，分别在振动条件W₀₁和振动条件W₀₂下，得出的振动疲劳损伤模型分别计算产品在振动耐久故障点损伤率为1时的失效时间，将m个潜在薄弱点在振动条件W₀₁下的首发故障时间记为t_V1，t_V2，…，t_Vj…t_Vm，j＝1，2，…m；将m个潜在薄弱点在振动条件W₀₂下的首发故障时间记为t'_V1，t'_V2，…，t'_Vj，…t'_Vm,将第j个薄弱环节点在振动条件W₀₁和振动条件W₀₂条件下的首发故障时间代入公式:$\frac{{t_{\mathrm{vi}}}^{\prime }}{t_{\mathrm{vi}}}={\left(\frac{W_{01}}{W_{02}}\right)}^{b_{\mathrm{vi}}}...\left[4\right]$得到第j个故障点的常数因子b_vi；将m个潜在故障点的加速因子进行算术平均，得到振动加速因子b_V：$b_V=\frac{1}{m}\underset{1}{\overset{m}{\Sigma }}{b}_{\mathrm{vj}}...\left[5\right]$1.7.2、计算在振动应力施加时间T′₁下的振动量值W_b：$W_b=W_a\times {\left(\frac{{T_0}^{\prime }}{{T_1}^{\prime }}\right)}^{\frac{1}{b_V}}...\left[6\right]$1.8、试验实施及试验结果评估：综合温度和振动应力条件，并按照综合后的加速试验条件开展试验，试验结束后，按照下式对产品的平均故障间隔时间MTBF在给定置信度下的单侧置信下限θ_L进行评估：${\theta }_L\ge \frac{{2T}_0}{{\chi }_{(1-c),(2r+2)}^2}...\left[7\right]$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。