[发明专利]一种航空驱动电路模块贮存动态可靠度计算方法

摘要

一种航空驱动电路模块贮存动态可靠度计算方法，它有七大步骤：一、主要的贮存环境应力的选择、归类和统计分析；二、确定航空驱动电路模块贮存失效模式和失效机理；三、贮存环境应力量值统计分析；四、在失效机理保持不变、试验环境应力变化的前提下，获取元器件或部件环境试验数据；五、计算模块贮存过程中，各种失效机理的寿命分布特征参数；六、计算整个贮存期内，各失效机理的寿命分布；七、已知寿命分布特征参数即获得寿命分布的表达式；在贮存期内，对各类失效机理的寿命分布函数进行积分，即获得各时间点各失效机理的失效概率Fp(t)和可靠度Rp(t)。本发明能够在节约试验成本的前提下获得较为精确的评估结果，为航空驱动电路模块的可靠性设计提供依据。

主权项

1.一种航空驱动电路模块贮存动态可靠度计算方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：主要的贮存环境应力的选择、归类和统计计算；环境应力包括温度、振动、湿度、电磁，温度应力分为恒温、温度循环，振动分为周期振动和随机振动；利用贮存的地点、位置确定实际承受的主要环境应力，忽略不可能承受或影响不大的次要应力，为贮存失效模式与机理确定提供输入；步骤二：确定航空驱动电路模块贮存失效模式、失效机理，包括：a.根据航空驱动电路模块的组成，绘制模块组成框图：获得航空驱动电路模块的元器件清单，对元器件进行归类，对于国外的半导体芯片，通过查找元器件手册，获得如下列表1所示的技术信息表1国外的半导体器件技术信息类型  型号规格  工艺  封装形式  封装材料  管脚数  54LS259  双极型  双列直插  陶瓷  16b.确定主要环境应力下各元器件的主要贮存失效机理：失效机理是指造成失效的物理的、化学的、生物的或其他的过程，利用下列表2所示的电路模块贮存的主要环境应力与失效机理对应关系，确定航空驱动电路模块的贮存失效机理；c.确定各贮存失效机理的寿命分布形式以及应力-寿命分布关系模型：在失效机理不变的情况下，元器件所承受的载荷或应力不同，其寿命分布形式相同，但分布特征参数会发生变化；寿命分布的特征参数是表征寿命分散性特性的参数，利用下列表2所示的失效机理、寿命分布形式、应力-寿命分布关系模型的对应关系确定；表2贮存失效机理与应力-寿命分布关系模型的对应关系表2中公式的的符号说明如下：λ为指数分布特征参数，失效率；η为尺度参数；T为温度；ΔT为温差；C，K，B均为常数；步骤三：贮存环境应力量值统计计算；对于温度应力，利用贮存地点的大气环境数据库，统计计算出一年内的每日平均气温、月平均气温、昼夜温差；对于振动，根据实际运输过程所经过的路面条件，实际测量获得量值，湿度条件也利用大气环境数据库来确定；步骤四：获取元器件或部件环境试验数据，前提是失效机理保持不变，变化的是试验环境应力；环境应力能加大，也能减小；有两种方法获得寿命数据：a.对于国外半导体器件，直接采用AD公司官方网站提供的元器件可靠性试验数据，该数据库给出了不同环境应力下的可靠性试验的结果，格式如下列表3所示；表3AD公司数据库部分数据b.对于国内元器件，设计加速贮存试验，选择合适的样本量、加速因子以及试验截止时间，获得参数的退化数据或者寿命数据；步骤五：计算模块贮存过程中，各种失效机理的寿命分布特征参数，包括：a.计算试验环境条件下各失效机理的分布特征参数，对于国外半导体器件的贮存失效机理，若其寿命服从指数分布，其分布特征参数λ的计算公式为：λ=χ22ntaAf---(1)]]>其中，式(1)中的符号说明如下：λ为指数分布特征参数，失效率；χ²为根据失效数与置信区间计算出来的卡方分布；n为加速试验样本量；t_a为加速试验截止时间；A_f为由测试到使用条件的加速因子；若其寿命服从Weibull分布，且在试验截止时间内的失效数为零，Weibull分布的特征参数有两个，形状参数为β、尺度参数为η；形状参数β的确定根据下列表4进行：表4不同材料的结构疲劳失效Weibull分布形状参数β推荐  形状参数  金  铝  金铝合金  β  4  3  2.2利用下述公式，获得试验条件下，单侧置信度为γ下的可靠度：RL(t)=exp(tβln(1-γ)Σi=1ntiβ)---(2)]]>其中，式(2)中的符号说明如下：R_L(t)为单侧置信度为γ下的可靠度；t为时间；β为形状参数；而后根据公式(3)计算得到产品的单侧置信度为γ下的尺度参数：η^=[-Σi=1ntiβln(1-γ)]1β---(3)]]>其中，式(3)中的符号说明如下：η为尺度参数；t为时间；β为形状参数；通过贮存试验来获得失效机理寿命分布特征参数的步骤为：1)利用回归计算方法，获得试验退化数据与试验时间之间的方程；2)设定失效判据，计算各试验样本的失效时间；3)获得试验环境条件下的分布参数；根据失效机理的类型，利用表2选择对应得失效时间分布，将2)中计算得到的失效时间拟合为该分布，求得分布特征参数；b.计算贮存环境条件下的分布特征参数利用应力-寿命分布关系，将试验条件下求得的分布特征参数，转化为贮存环境条件下的分布特征参数；利用一组或多组试验环境条件，求得应力-寿命分布关系方程中的常数，而后将贮存环境条件带入方程，即求得该条件下的特征参数；例如：若失效机理服从指数分布，且引发失效机理的环境应力为温度，将试验条件下温度带入Arrhenius-指数关系，即：λ(T)=CeBT---(4)]]>得到C的值，然后带入贮存环境下每月的平均温度，即求得贮存温度下该失效机理寿命指数分布的特征参数λ；其中，式(4)中的符号说明如下：λ(T)为指数分布特征参数，失效率；T为温度；B，C均为常数；若失效机理服从Weibull分布，且引发失效机理的环境应力为温度循环，将两组温度循环试验的温差带入IPC-Weibull关系：η=L(V)=1K(ΔT)n---(5)]]>即可以得到K、n的值；然后带入贮存环境下每天的温差，得到该条件下Weibull分布的特征参数η；其中，式(5)中的符号说明如下：η为尺度参数；ΔT为温差；K，n均为常数；若失效机理服从Weibull分布，且引发失效机理的环境应力为温度，将试验条件下温度带入Arrhenius-Weibull关系，η＝Ce^B/T    (6)即得到C的值，然后带入贮存环境下每月的平均温度，即求得贮存温度下该失效机理寿命指数分布的特征参数η；其中，式(6)中的符号说明如下：η为尺度参数；T为温度；B，C均为常数；步骤六：计算整个贮存期内，各失效机理的寿命分布，包括：将贮存期分为不同的时间段，贮存期内每时间段的寿命符合表2推荐的分布类型，其失效概率密度为f_pi(t)，在整个寿命期分布f_p(t)为各时间段失效分布的混合函数，即fp(t)=Σj=1nΣi=1365aifpi(t)---(7)]]>其中，式(7)中的符号a_i为每个分布的频数比，即这种失效概率密度分布出现的时间占整个寿命期的百分比；例如，对于温度引起的贮存寿命机理，时间段为一个月，温度循环引起的机理，时间段为一天；步骤七：已知寿命分布特征参数即可获得寿命分布的表达式；在贮存期内，对各类失效机理的寿命分布函数进行积分，即获得各时间点各失效机理的失效概率F_p(t)和可靠度R_p(t)，即Fp(t)=∫0tfp(t)dt---(8)]]>R_p(t)＝1-F_p(t)(9)其中，式(8)中的符号f_p(t)为各失效机理在整个寿命期失效概率密度；t为时间；根据航空驱动电路模块上同类元器件、部件的数量，利用串联模型获得航空驱动电路模块的失效概率以及可靠度；此可靠度是随着时间变化的，即为动态可靠度；通过采用以上七个步骤，即得到航空驱动电路模块的贮存动态可靠度。