[發明專利]一種航空驅動電路模塊貯存動態可靠度計算方法

有效

• 申請號: 201210003967.6
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102592052A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 陳穎;曹然;謝麗梅;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種航空驅動電路模塊貯存動態可靠度計算方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：主要的貯存環境應力的選擇、歸類和統計計算；環境應力包括溫度、振動、濕度、電磁，溫度應力分為恒溫、溫度循環，振動分為周期振動和隨機振動；利用貯存的地點、位置確定實際承受的主要環境應力，忽略不可能承受或影響不大的次要應力，為貯存失效模式與機理確定提供輸入；

步驟二：確定航空驅動電路模塊貯存失效模式、失效機理，包括：

a.根據航空驅動電路模塊的組成，繪制模塊組成框圖：獲得航空驅動電路模塊的元器件清單，對元器件進行歸類，對于國外的半導體芯片，通過查找元器件手冊，獲得如下列表1所示的技術信息

表1國外的半導體器件技術信息類型

??型號規格??工藝??封裝形式??封裝材料??管腳數??54LS259??雙極型??雙列直插??陶瓷??16

b.確定主要環境應力下各元器件的主要貯存失效機理：失效機理是指造成失效的物理的、化學的、生物的或其他的過程，利用下列表2所示的電路模塊貯存的主要環境應力與失效機理對應關系，確定航空驅動電路模塊的貯存失效機理；

c.確定各貯存失效機理的壽命分布形式以及應力-壽命分布關系模型：在失效機理不變的情況下，元器件所承受的載荷或應力不同，其壽命分布形式相同，但分布特征參數會發生變化；壽命分布的特征參數是表征壽命分散性特性的參數，利用下列表2所示的失效機理、壽命分布形式、應力-壽命分布關系模型的對應關系確定；

表2貯存失效機理與應力-壽命分布關系模型的對應關系

表2中公式的的符號說明如下：λ為指數分布特征參數，失效率；η為尺度參數；T為溫度；ΔT為溫差；C，K，B均為常數；

步驟三：貯存環境應力量值統計計算；對于溫度應力，利用貯存地點的大氣環境數據庫，統計計算出一年內的每日平均氣溫、月平均氣溫、晝夜溫差；對于振動，根據實際運輸過程所經過的路面條件，實際測量獲得量值，濕度條件也利用大氣環境數據庫來確定；

步驟四：獲取元器件或部件環境試驗數據，前提是失效機理保持不變，變化的是試驗環境應力；環境應力能加大，也能減小；有兩種方法獲得壽命數據：

a.對于國外半導體器件，直接采用AD公司官方網站提供的元器件可靠性試驗數據，該數據庫給出了不同環境應力下的可靠性試驗的結果，格式如下列表3所示；

表3AD公司數據庫部分數據

b.對于國內元器件，設計加速貯存試驗，選擇合適的樣本量、加速因子以及試驗截止時間，獲得參數的退化數據或者壽命數據；

步驟五：計算模塊貯存過程中，各種失效機理的壽命分布特征參數，包括：

a.計算試驗環境條件下各失效機理的分布特征參數，對于國外半導體器件的貯存失效機理，若其壽命服從指數分布，其分布特征參數λ的計算公式為：

λ=χ22ntaAf---(1)]]>

其中，式(1)中的符號說明如下：λ為指數分布特征參數，失效率；χ²為根據失效數與置信區間計算出來的卡方分布；n為加速試驗樣本量；t_a為加速試驗截止時間；A_f為由測試到使用條件的加速因子；

若其壽命服從Weibull分布，且在試驗截止時間內的失效數為零，Weibull分布的特征參數有兩個，形狀參數為β、尺度參數為η；形狀參數β的確定根據下列表4進行：

表4不同材料的結構疲勞失效Weibull分布形狀參數β推薦

??形狀參數??金??鋁??金鋁合金??β??4??3??2.2

利用下述公式，獲得試驗條件下，單側置信度為γ下的可靠度：

RL(t)=exp(tβln(1-γ)Σi=1ntiβ)---(2)]]>

其中，式(2)中的符號說明如下：R_L(t)為單側置信度為γ下的可靠度；t為時間；β為形狀參數；

而后根據公式(3)計算得到產品的單側置信度為γ下的尺度參數：

η^=[-Σi=1ntiβln(1-γ)]1β---(3)]]>

其中，式(3)中的符號說明如下：η為尺度參數；t為時間；β為形狀參數；

通過貯存試驗來獲得失效機理壽命分布特征參數的步驟為：

1)利用回歸計算方法，獲得試驗退化數據與試驗時間之間的方程；

2)設定失效判據，計算各試驗樣本的失效時間；

3)獲得試驗環境條件下的分布參數；

根據失效機理的類型，利用表2選擇對應得失效時間分布，將2)中計算得到的失效時間擬合為該分布，求得分布特征參數；

b.計算貯存環境條件下的分布特征參數

利用應力-壽命分布關系，將試驗條件下求得的分布特征參數，轉化為貯存環境條件下的分布特征參數；利用一組或多組試驗環境條件，求得應力-壽命分布關系方程中的常數，而后將貯存環境條件帶入方程，即求得該條件下的特征參數；例如：

若失效機理服從指數分布，且引發失效機理的環境應力為溫度，將試驗條件下溫度帶入Arrhenius-指數關系，即：

λ(T)=CeBT---(4)]]>

得到C的值，然后帶入貯存環境下每月的平均溫度，即求得貯存溫度下該失效機理壽命指數分布的特征參數λ；

其中，式(4)中的符號說明如下：λ(T)為指數分布特征參數，失效率；T為溫度；B，C均為常數；

若失效機理服從Weibull分布，且引發失效機理的環境應力為溫度循環，將兩組溫度循環試驗的溫差帶入IPC-Weibull關系：

η=L(V)=1K(ΔT)n---(5)]]>

即可以得到K、n的值；然后帶入貯存環境下每天的溫差，得到該條件下Weibull分布的特征參數η；

其中，式(5)中的符號說明如下：η為尺度參數；ΔT為溫差；K，n均為常數；

若失效機理服從Weibull分布，且引發失效機理的環境應力為溫度，將試驗條件下溫度帶入Arrhenius-Weibull關系，

η＝Ce^B/T????(6)

即得到C的值，然后帶入貯存環境下每月的平均溫度，即求得貯存溫度下該失效機理壽命指數分布的特征參數η；

其中，式(6)中的符號說明如下：η為尺度參數；T為溫度；B，C均為常數；

步驟六：計算整個貯存期內，各失效機理的壽命分布，包括：

將貯存期分為不同的時間段，貯存期內每時間段的壽命符合表2推薦的分布類型，其失效概率密度為f_pi(t)，在整個壽命期分布f_p(t)為各時間段失效分布的混合函數，即

fp(t)=Σj=1nΣi=1365aifpi(t)---(7)]]>

其中，式(7)中的符號a_i為每個分布的頻數比，即這種失效概率密度分布出現的時間占整個壽命期的百分比；例如，對于溫度引起的貯存壽命機理，時間段為一個月，溫度循環引起的機理，時間段為一天；

步驟七：已知壽命分布特征參數即可獲得壽命分布的表達式；在貯存期內，對各類失效機理的壽命分布函數進行積分，即獲得各時間點各失效機理的失效概率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)中的符號f_p(t)為各失效機理在整個壽命期失效概率密度；t為時間；

根據航空驅動電路模塊上同類元器件、部件的數量，利用串聯模型獲得航空驅動電路模塊的失效概率以及可靠度；此可靠度是隨著時間變化的，即為動態可靠度；

通過采用以上七個步驟，即得到航空驅動電路模塊的貯存動態可靠度。