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        機(jī)上電子元器件可靠性評(píng)估方法創(chuàng)新研究

        2021-12-24 12:46:27李龍剛李娜
        消費(fèi)電子 2021年10期
        關(guān)鍵詞:老化試驗(yàn)機(jī)上元器件

        李龍剛 李娜

        伴隨著電子科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,電子元器件作為電器產(chǎn)品的基礎(chǔ)組成單元,扮演著越來(lái)越重要的角色,其功能、功耗、體積等指標(biāo)參數(shù)呈現(xiàn)出日新月異的變化趨勢(shì)。飛機(jī),尤其是軍事用途飛機(jī),作為高價(jià)值平臺(tái),其使用的電子成品必須具有極高的可靠性,才能保證飛機(jī)整機(jī)的服役穩(wěn)定性,因此機(jī)上電子元器件的可靠性評(píng)估重要性不言而喻。針對(duì)機(jī)上電子元器件在規(guī)定服役期內(nèi)的功能實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)行預(yù)先評(píng)價(jià),是保證元器件達(dá)成可靠性指標(biāo),進(jìn)而保障整機(jī)狀態(tài)完好性的重要手段。因此,機(jī)上電子元器件的可靠性評(píng)估方法需要得到充分重視,并持續(xù)、深入地開(kāi)展評(píng)估方法的改進(jìn)創(chuàng)新。

        在現(xiàn)有可靠性評(píng)估方法的研究基礎(chǔ)上,提出一種便捷的可靠性評(píng)估方法。首先通過(guò)分析可靠性確定及加速老化試驗(yàn)效果,進(jìn)行初步評(píng)估;進(jìn)而分析元器件可靠性故障模式影響以及所產(chǎn)生的危害,確定元器件可靠性等級(jí);最后基于前兩步分析得出元器件的可靠性壽命評(píng)估值。

        (一)可靠性確定及加速老化試驗(yàn)效果分析

        依照機(jī)上電子元器件多元素可靠性拆分(FTF),判斷出導(dǎo)致機(jī)上成品的主要可靠性元件,并對(duì)多個(gè)電子元器件一起運(yùn)行的加速老化試驗(yàn),制訂一系列的加速老化試驗(yàn)計(jì)劃。電子元器件屬于集成器件,大部分的關(guān)鍵電子元器件、電子元器件的控制器和電子元器件的傳感器等,都對(duì)機(jī)上成品的可靠性有不小的制約。依照全面考慮的分析可靠性的方法(FTF),判定主要零部件對(duì)系統(tǒng)是否可靠,對(duì)試驗(yàn)策劃的研究設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的影響。

        機(jī)上電子元器件一般會(huì)采取故障樹(shù)分析法(FTA)和故障模式效應(yīng)及危害度分析(FMECA)這兩個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)結(jié)合(即可靠性綜合分析),對(duì)電子元器件產(chǎn)生故障影響的關(guān)鍵原因開(kāi)展分析研究,對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案制定和進(jìn)一步升級(jí),打造更好的理論依據(jù),提升其產(chǎn)品的可靠性。

        根據(jù)電子元器件可靠性規(guī)律,即浴盆曲線規(guī)則,電子元器件的失效大部分集中于生產(chǎn)初期和壽命終結(jié)期。設(shè)計(jì)的可靠性評(píng)估方法首先需要確定機(jī)上電子元器件的可靠性周期,因此采用加速老化試驗(yàn)的方法。

        (二)可靠性故障模式影響及危害度分析

        故障模式可能會(huì)造成一系列的危害,危害度的研究是故障模式影響分析的先決因素,所以需要基于這種故障模式的嚴(yán)重程度開(kāi)展逐步加深、加廣、加遠(yuǎn)的分析,并給出數(shù)據(jù)化化的估算。

        依照研究給出的任務(wù)階段和嚴(yán)酷度等級(jí)要求及主要內(nèi)容可以看出,機(jī)上電子元器件i的第j個(gè)故障模式危害度用C表示,計(jì)算公式如下:

        式中α——故障頻率,也就是元件i的第j個(gè)故障模式次數(shù)與元件i存在的所有故障之間比值;β——受故障影響率,元件i在第j種故障模式條件下發(fā)生時(shí),故障帶來(lái)和造成的一系列危害度等級(jí),一般β的值可以按其數(shù)據(jù)表來(lái)做出選擇和定量,一般β的值可以按表1開(kāi)展。

        依照一些文獻(xiàn)記載《Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment(NSWC-2009)》、《GJB/Z299C-2006電子元器件可靠性預(yù)算統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》、《GJB813可靠性模型的建設(shè)和可靠性預(yù)算統(tǒng)計(jì)》,加之依照機(jī)上電子元器件在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生的故障現(xiàn)象,選擇了電子元器件的最基礎(chǔ)失效的概率。依照對(duì)機(jī)上電子元器件故障的研究,以及各個(gè)元器件故障模式機(jī)理進(jìn)行分析,參考具體的工作情況,使用式(1)計(jì)算各電子元器件待估計(jì)的大概參數(shù)值,可以推導(dǎo)出各個(gè)電子元器件的加速老化試驗(yàn)對(duì)機(jī)上電子成品的危害影響程度。

        (三)評(píng)估元器件可靠性壽命

        在完成上述兩步分析后,采用Weibull(威布爾)分布函數(shù)模具來(lái)評(píng)判估計(jì)電子元器件的可靠性,能在一定程度上滿(mǎn)足很多一部分的電子產(chǎn)品壽命所處分布,在一些可靠性評(píng)估壽命的理論中,這些方法是被廣泛流傳的。威布爾分布擬合實(shí)驗(yàn)的最終數(shù)據(jù)精細(xì)程度指標(biāo)如圖1所示。

        調(diào)整后的參數(shù)指標(biāo),可以外推出不同情況下被實(shí)驗(yàn)的電子元器件使用壽命劃分模型的顯示數(shù)值,這樣也就對(duì)被試樣的樣本可靠性做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)和估算。

        圖1 威布爾分布模型評(píng)估元器件壽命曲線

        電子元器件的可靠性評(píng)估既是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn),也能為新型號(hào)元器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持,因此針對(duì)電子元器件的可靠性評(píng)估以及試驗(yàn)篩選方法研究應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁鼮閺V泛的關(guān)注,在方法、手段、環(huán)境等方面提出更高等級(jí)的建設(shè)建議。這一點(diǎn)也是立足本職崗位,并支持電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的職責(zé)之一,后續(xù)還將開(kāi)展深入的研究,在評(píng)估的準(zhǔn)確度方面加以提升。

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