[发明专利]一种脉冲电源系统可靠性预计方法

权利要求书

1.一种脉冲电源系统可靠性预计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、统计脉冲电源系统的故障数据，确定电源脉冲系统在寿命周期内经历的任务剖面；

S2、确定每个任务剖面对应的环境载荷面，在相应的环境载荷面下选用合适的故障物理模型；

S3、根据故障数据和选用的故障物理模型，计算脉冲电源系统的失效率，进而对脉冲电源系统进行可靠性预计；

所述步骤S1中脉冲电源系统的故障数据包括一一对应的潜在故障位置、故障模式、故障机理和工作应力；

所述潜在故障位置包括金属布线和焊点；

其中，金属布线对应的故障模式包括开路、短路和漏电，对应的故障机理为电迁移，对应的工作应力为电应力；

焊点对应的故障模式包括信号断续和开路，故障机理包括热疲劳和振动疲劳，其中，热疲劳对应的工作应力由温度循环产生，振动疲劳对应的工作应力由随机振动产生；

所述步骤S1中的任务剖面为脉冲电源系统充放电过程下电应力作用下的任务剖面；

所述步骤S3具体为：

S31、对脉冲电源系统中的电路板进行有限元建模并设置边界条件；

S32、根据有限元建模结果和设置的边界条件，分别进行温度循环和随机振动单独加载在电路板上焊点下的疲劳寿命预测；

S33、利用Miner线性累积损伤方法确定所有故障模式的累积损伤模型；

S34、根据线性累积损伤方法进行疲劳寿命预测，计算电路板焊点上的温度循环和随机振动损伤共同作用下的电路板焊点的联合失效率；

S35、确定在温度循环-电应力耦合下，电路板金属布线在电迁移失效作用下的失效时间；

S36、联合电路板焊点联合失效率和电迁移失效时间，得到脉冲电源系统的失效率，进而对脉冲电源系统进行可靠性预计；

所述步骤S36脉冲电源系统的失效率λ_总(t)为：

λ_总(t)＝λ_金属布线(t)+λ_焊点(t)

λ_金属布线(t)为温度循环-电应力耦合下金属布线的失效时间；

λ_焊点(t)为温度循环和随机振动损伤共同作用下电路板焊点的联合失效率；

所述步骤S31中电路板为球栅阵列封装的BGA器件；

所述步骤S31中对电路板进行有限元建模具体为：

对所述BGA器件采用自上而下的直接建模方法，建模的有限元包括铜布线、IC基板、上铜焊板、焊球、下铜焊板和PCB基板，依次定义每个有限元的几何参数、焊点模型与材料参数及焊点材料的线性属性，且采用SLID单元和映射网格划分；

所述步骤S31中设置的边界条件包括：温度循环在318K～378K之间，温度范围为60K，每个温度循环时间为2小时，高温阶段保温充放电总时间80s，低温阶段均室温，循环频率为f＝2圈/小时。

2.根据权利要求1所述的脉冲电源系统可靠性预计方法，其特征在于，所述步骤S2的环境载荷面包括温度载荷剖面、振动载荷剖面和电应力载荷剖面；

所述温度载荷剖面对应的故障物理模型为Engelmaier模型；

所述振动载荷剖面对应的故障物理模型为Coffin-Mason模型；

所述电应力载荷剖面对应的故障物理模型为Black模型。