[发明专利]一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

现代高新装备对可靠性水平提出的要求高，其中起关键作用的电子/机电/光电等产品向数字化、小型化、密集化、多功能化以及复杂化方向发展，其可靠性要求也更高。许多产品的可靠性指标平均故障间隔时间(MTBF)有的要求达到数千小时，甚至达到上万小时，按照传统的试验技术进行试验，试验时间至少应为1.1倍的要求值，这样在投入一套试验样件时需要数月甚至几年时间才能完成试验；而如果投入多套试验样件，则样件的费用同样难以承受。因此，面对高可靠性装备研制周期短、研制经费高的研制特点，现有的基于环境模拟的传统可靠性统计试验方法和评估技术由于所需时间长、经费高已不能满足产品研制要求，采用加大试验应力、缩短试验时间的可靠性加速试验技术已成为可靠性验证试验技术发展的必然趋势。现有的电子产品可靠性加速试验方法几乎都建立在经验基础之上，对产品施加什么应力，取决于对产品主要故障机理的了解。目前常用的加速试验模型包括与温度有关的阿伦尼斯模型，艾林模型，描述热应力与机械应力加速的逆幂律模型，温度-湿度双应力综合加速模型，多应力同时加速的广义对数-线性模型，累计损伤指数模型等。但是由于这些模型均是基于元器件故障机理的统计加速模型，该加速模型不能考虑应力在产品结构中的传递作用，模型的准确度相对较低，导致试验结果的误差大。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于故障物理的电子产品可靠性加速试验方法，以便考虑应力在产品结构中的传递作用，提高模型的准确度，进而提高试验结果精度。

本发明的技术方案是：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、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；

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；

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。

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；

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；：

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：

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：

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：

6.2、计算加速试验时间T₁：

其中，t₁为给定可靠性加速试验的温度条件时间；