CN102590660A - 评价电容器工作寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供评价电容器工作寿命的方法，包括1)在被评价电容器中抽取一定数量样本，给每只电容器编号后测量并记录被测电容器的电容值，后随机分为若干组；2)取其中一组进行恒温额定电流贮存试验，间隔一定时间取出一批样品测试并记录贮存后的电容值变化，得到恒温额定电流的贮存电容随时间变化曲线；步骤3)在不同电流下进行贮存试验，通过摸底试验确定合适的电流作为加速应力；4)在步骤3)确定的合适的较高电流下进行贮存试验，与步骤2)一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线；5)利用曲线拟合验证不同电流下变化趋势是否相同；6)进行数据分析推算出额定电流下器件工作寿命。

Description

评价电容器工作寿命的方法

技术领域

本发明涉及一种评价电容器工作寿命的方法，更具体地，涉及一种基于对敏感参数分析利用加速试验来快速评价电容器工作寿命的方法。

背景技术

寿命试验是基本的可靠性试验方法，在正常工作条件下，常常采用寿命试验方法来评价产品的可靠性。但是，这种方法对寿命特别长的产品来说并不是一种合适的方法。因为这种方法需要花费很长的试验时间，甚至经常来不及做完寿命试验，新的产品又被设计出来，老产品就要被淘汰了。因此，在寿命试验的基础上形成的加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法逐渐取代了常规的寿命试验方法。

加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法，激发产品在短时间内产生跟正常应力水平下相同的失效，缩短试验周期。然后运用加速寿命模型，评价产品在正常工作应力下的可靠性特征。加速环境试验是近年来快速发展的一项可靠性试验技术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。

加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。加速环境试验的加速水平通常用加速因子来表示。加速因子的含义是指设备在正常工作应力下的寿命与在加速环境下的寿命之比，通俗来讲就是指一小时试验相当于正常使用的时间。因此，加速因子的计算成为加速寿命试验的核心问题，也成为客户最为关心的问题。加速因子的计算也是基于一定的物理模型的，因此下面分别说明常用应力的加速因子的计算方法。

电流的加速因子由Arrhenius模型计算：

$T_{\mathrm{AF}}=\frac{L_{\mathrm{normal}}}{L_{\mathrm{stress}}}=\exp [\frac{E_a}{k}\×(\frac{1}{T_{\mathrm{normal}}}-\frac{1}{T_{\mathrm{stress}}})]$

其中，L_normal为正常应力下的寿命，L_stress为高电流下的寿命，T_normal为恒温绝对电流，T_stress为高电流下的绝对电流，Ea为失效反应的活化能(eV)，k为Boltzmann常数，8.62×10^-5eV/K，实践表明绝大多数电子元器件的失效符合Arrhenius模型，表1给出了半导体元器件常见的失效反应的活化能。

然而，传统的评估电容器工作寿命的方法试验周期长、成本高、所需样品多，不能给出单样品的失效激活能和寿命。

发明内容

为了克服现有技术中存在的问题，本发明的发明人提出了一种利用加速试验来评价电容器工作寿命的方法，。

本发明的目的在于提供一种在相对较短的时间内利用加速试验来评价电容器的工作寿命的方法。该方法使得试验周期缩短、成本低并且所需样品较少。

在一个方面，本发明提供了一种评价电容器工作寿命的方法，包括以下步骤：

1)在被评价的电容器组中抽取一定数量的被测电容器，给每只被测电容器编号后测量并记录被测电容器的平均初始电容值C₀，然后再随机分为10组；

2)从所述10组电容器中取出第一组电容器在恒温下以额定电流进行贮存试验，间隔一定时间取出L个电容器进行测试并记录恒温下以额定电流贮存后的平均电容值C₁，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₁，得到恒温下以额定电流贮存的电容值随时间变化的工作寿命前期数据曲线；

3)从所述10组电容器中取出第二组电容器，在高于额定电流约20％的第二电流下进行贮存试验，间隔一定时间取出m个电容器测试并记录贮存后的平均电容值C₂，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₂，从而获得在第二电流下电容值随时间变化的曲线；如果电容值随时间变化较小，则说明电流应力不明显，在该电流下进行贮存试验，会导致试验周期太长，需要重新选取新的电流应力水平进行试验；提高贮存电流，重新进行上述贮存试验，直至找到合适的电流点记为I1；继续提高贮存电流，重复上述贮存试验；

4)分别在多个不同的电流下进行贮存试验，与步骤2)一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线；

5)利用曲线拟合，验证不同电流下变化趋势是否相同，如果变化趋势一致，则进行以下步骤6)，如果变化趋势出现不一致，应停止试验进行分析，查明原因后重新进行试验；

6)进行数据分析，推算出恒温下以额定电流贮存的器件寿命。

在一个实施方式中，步骤1)中的所述被评价的电容器组为同一批次，并且产品结构、工艺参数基本一样，失效模式、激活能基本相同。

在一个实施方式中，步骤1)中的被评价的电容器是经过筛选剔除早期失效后全部合格的产品。

在一个实施方式中，在试验时，选取电容值相对集中的一批样品，以便保证在样品数较小的情况下，获得较好的试验结果。

在一个实施方式中，被评价的电容器的数目为200至1000只，以便确保试验的可信度并减少试验的工作量。

在一个实施方式中，测试后的电容器不再进行贮存试验。

在一个实施方式中，加速电流比电容器的额定电流高约20％至约60％。

在一个实施方式中，所述步骤3)中的摸底试验用于确定加速电流的大小。

在一个实施方式中，所述步骤3)中的加速电流应力条件既不能过低，也不能过高；如果试验所加电流应力条件过低，会导致试验周期太长，就需要重新选取新的电流应力水平进行试验摸底，然而施加电流应力过高，试验条件难以保证。

在一个实施方式中，其中所述步骤6)进行数据分析，首先是用图形软件将额定电流和高电流下的贮存试验数据进行拟合，得出两条不同电流下电容随时间变化的曲线，然后在这两条曲线上截取电容值相同的点，对应的时间分别为t和T，通过最小二乘法拟合，得出t与T之间的比值，即为加速因子A，设置贮存失效的判据，在高电流贮存试验曲线中找出失效时对应的时间T_F，结合前述计算得出的加速因子A，即可得出额定电流贮存的寿命为A*T_F。

本发明提供的评价电容器工作寿命的方法，包括以下步骤：包括：1)在被评价电容器中抽取一定数量的样本，给每只电容器编号后测量并记录被测电容器的电容值，后随机分为若干组；2)取其中一组进行恒温额定电流贮存试验，间隔一定时间取出一批样品测试并记录贮存后的电容值变化，得到恒温额定电流的贮存电容随时间变化的曲线；步骤3)在不同电流下进行贮存试验，通过摸底试验确定合适的电流作为加速应力；4)在步骤3)确定的合适的较高电流下进行贮存试验，与步骤2)一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线；5)利用曲线拟合验证不同电流下变化趋势是否相同；6)进行数据分析推算出额定电流下的器件工作寿命。

根据本发明的方法使得试验周期缩短、成本低并且所需样品较少。

附图说明

下面通过参照附图结合具体实例来进一步详细地描述本发明，其中：

图1是本发明的加速寿命试验平台搭建示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的测试系统包括电源，其用于对试验箱中的待测器件和/或其它测试设备进行供电。该测试系统还包括器件测试设备，其用于测试该待测器件的参数，比如电容器的工作寿命。该测试系统还包括：待测器件温度/湿度传感器，用于测量待测器件的环境温度和/或湿度；试验箱温度/湿度传感器，用于测量试验箱中的温度和/或湿度。除了图1所示部件之外，本发明的测试系统还可以包括其它测试设备。

在一个方面，本发明提供了一种评价电容器工作寿命的方法，包括以下步骤：

1)在被评价的电容器组中抽取一定数量的被测电容器，给每只被测电容器编号后测量并记录被测电容器的平均初始电容值C₀，然后再随机分为10组；

2)从所述10组电容器中取出第一组电容器在恒温下以额定电流进行贮存试验，间隔一定时间取出L个电容器进行测试并记录恒温下以额定电流贮存后的平均电容值C₁，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₁，得到恒温下以额定电流贮存的电容值随时间变化的工作寿命前期数据曲线；

3)从所述10组电容器中取出第二组电容器，在高于额定电流约20％的第二电流下进行贮存试验，间隔一定时间取出m个电容器测试并记录贮存后的平均电容值C₂，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₂，从而获得在第二电流下电容值随时间变化的曲线；如果电容值随时间变化较小，则说明电流应力不明显，在该电流下进行贮存试验，会导致试验周期太长，需要重新选取新的电流应力水平进行试验；提高贮存电流，重新进行上述贮存试验，直至找到合适的电流点记为I1；继续提高贮存电流，重复上述贮存试验；

4)分别在多个不同的电流下进行贮存试验，与步骤2)一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线；

5)利用曲线拟合，验证不同电流下变化趋势是否相同，如果变化趋势一致，则进行以下步骤6)，如果变化趋势出现不一致，应停止试验进行分析，查明原因后重新进行试验；

6)进行数据分析，推算出恒温下以额定电流贮存的器件寿命。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，步骤1)中的所述被评价的电容器组为同一批次，并且产品结构、工艺参数基本一样，失效模式、激活能基本相同。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，步骤1)中的被评价的电容器是经过筛选剔除早期失效后全部合格的产品。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，在试验时，选取电容值相对集中的一批样品，以便保证在样品数较小的情况下，获得较好的试验结果。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，被评价的电容器的数目为200至1000只，以便确保试验的可信度并减少试验的工作量。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，测试后的电容器不再进行贮存试验。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，加速电流比电容器的额定电流高约20％至约60％。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，所述步骤3)中的摸底试验用于确定加速电流的大小。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，所述步骤3)中的加速电流应力条件既不能过低，也不能过高；如果试验所加电流应力条件过低，会导致试验周期太长，就需要重新选取新的电流应力水平进行试验摸底，然而施加电流应力过高，试验条件难以保证。

优选地，在本发明的评价电容器工作寿命的方法中，在所述步骤6)中进行数据分析，首先是用图形软件将额定电流和高电流下的贮存试验数据进行拟合，得出两条不同电流下电容随时间变化的曲线，然后在这两条曲线上截取电容值相同的点，对应的时间分别为t和T，通过最小二乘法拟合，得出t与T之间的比值，即为加速因子A，设置贮存失效的判据，在高电流贮存试验曲线中找出失效时对应的时间T_F，结合前述计算得出的加速因子A，即可得出额定电流贮存的寿命为A*T_F。

下面描述本发明的实施例，该实施例用来说明而不是限制本发明。

首先，在被评价的电容器组中抽取200只被测电容器，给每只被测电容器编号后测量并记录被测电容器的平均初始电容值C₀，然后再随机分为10组，每组20只电容器。然后，从所述10组电容器中取出第一组电容器进行恒温下额定电流的贮存试验，间隔一定时间取出1个电容器进行测试并记录贮存后的平均电容值C₁，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₁，得到恒温下以额定电流贮存的电容值随时间变化的工作寿命前期数据曲线。从所述10组电容器中取出第二组电容器，在高于额定电流约20％的第二电流下进行贮存试验，间隔一定时间取出1个电容器测试并记录贮存后的平均电容值C₂，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₂，从而获得在第二电流下电容值随时间变化的曲线；如果电容值随时间变化较小，则说明电流应力不明显，在该电流下进行贮存试验，会导致试验周期太长，需要重新选取新的电流应力水平进行试验；提高贮存电流，重新进行上述贮存试验，直至找到合适的电流点记为I1；继续提高贮存电流，重复上述贮存试验。分别在多个不同的电流下进行贮存试验，与上面步骤一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线。之后，利用曲线拟合，验证不同电流下变化趋势是否相同，如果变化趋势一致，则进行以下步骤，如果变化趋势出现不一致，应停止试验进行分析，查明原因后重新进行试验。最后，进行数据分析，推算出常温下的器件工作寿命。

虽然已经参照附图和具体实施方式详细地描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上述实施方式和实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行各种更改、替换，本发明的范围如在所附权利要求中限定。

Claims (10)

1.一种评价电容器工作寿命的方法，包括以下步骤：

1)在被评价的电容器组中抽取一定数量的被测电容器，给每只被测电容器编号后测量并记录被测电容器的平均初始电容值C₀，然后再随机分为10组；

2)从所述10组电容器中取出第一组电容器在恒温下以额定电流进行贮存试验，间隔一定时间取出L个电容器进行测试并记录恒温下以额定电流贮存后的平均电容值C₁，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₁，得到恒温下以额定电流贮存的电容值随时间变化的工作寿命前期数据曲线；

3)从所述10组电容器中取出第二组电容器，在高于额定电流的第二电流下进行贮存试验，间隔一定时间取出m个电容器测试并记录贮存后的平均电容值C₂，直至全部电容器都取出并测量后为止，计算出贮存后的电容值相对于初始电容值的电容值变化量ΔC₂，从而获得在第二电流下电容值随时间变化的曲线；如果电容值随时间变化较小，则说明电流应力不明显，在该电流下进行贮存试验，会导致试验周期太长，需要重新选取新的电流应力水平进行试验；提高贮存电流，重新进行上述贮存试验，直至找到合适的电流点记为I1；继续提高贮存电流，重复上述贮存试验；

4)分别在多个不同的电流下进行贮存试验，与步骤2)一样间隔一定时间测试并记录贮存后的电容值变化，得到高电流下的贮存电容随时间变化的曲线；

5)利用曲线拟合，验证不同电流下变化趋势是否相同，如果变化趋势一致，则进行以下步骤6)，如果变化趋势出现不一致，应停止试验进行分析，查明原因后重新进行试验；

6)进行数据分析，推算出恒温下以额定电流贮存的器件寿命。

2.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，步骤1)中的所述被评价的电容器组为同一批次，并且产品结构、工艺参数基本一样，失效模式、激活能基本相同。

3.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，步骤1)中的被评价的电容器是经过筛选剔除早期失效后全部合格的产品。

4.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，在试验时，选取电容值相对集中的一批样品，以便保证在样品数较小的情况下，获得较好的试验结果。

5.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，被评价的电容器的数目为200至1000只，以便确保试验的可信度并减少试验的工作量。

6.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，测试后的电容器不再进行贮存试验。

7.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，加速电流比电容器的额定电流高约20％至约60％。

8.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，所述步骤3)中的摸底试验用于确定加速电流的大小。

9.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的方法，其中，所述步骤3)中的加速电流应力条件既不能过低，也不能过高；如果试验所加电流应力条件过低，会导致试验周期太长，就需要重新选取新的电流应力水平进行试验摸底，然而施加电流应力过高，试验条件难以保证。

10.根据权利要求1所述的评价电容器工作寿命的试验方法，其中所述步骤6)进行数据分析，首先是用图形软件将额定电流和高电流下的贮存试验数据进行拟合，得出两条不同电流下电容随时间变化的曲线，然后在这两条曲线上截取电容值相同的点，对应的时间分别为t和T，通过最小二乘法拟合，得出t与T之间的比值，即为加速因子A，设置贮存失效的判据，在高电流贮存试验曲线中找出失效时对应的时间T_F，结合前述计算得出的加速因子A，即可得出额定电流贮存的寿命为A*T_F。