CN105093028A - 一种电子类产品加速贮存的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电子类产品加速贮存的方法,即将某种产品存放于比其使用环境更恶劣的环境中,使其贮存时间相对于自然贮存大幅减少,在相对短的贮存时间内达到其要求的贮存寿命期限,从而获得其贮存寿命的一种方法,属于电子类产品贮存寿命期限技术领域。本发明的方法可在相对短的贮存时间内,定量、准确地获得整机产品的贮存寿命期限。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子类产品加速贮存的试验方法,即将某种产品存放于比其使用环境更恶劣的环境中,使其贮存时间相对于自然贮存大幅减少,在相对短的贮存时间内达到其要求的贮存寿命期限,从而获得其贮存寿命的一种方法,属于电子类产品贮存寿命期限技术领域。
背景技术
电子类产品是指由多种类、多数量电子元器件及集成电路组成,具有各种电气性能的单机设备。因各种电子类产品均有贮存寿命期限的要求,所以定量获取电子类产品贮存寿命期限就显得非常重要。要想获得电子类产品贮存寿命期限一般有两种方法,第一种为:自然贮存方法,即:将某种产品参照其实际使用环境进行贮存,当达到其贮存寿命期限的时间后,对其进行通电测试,如其性能良好就说明其贮存寿命满足要求;第二种为:加速贮存方法,即:将某种产品存放于比其使用环境更恶劣的环境中,使其贮存时间相对于自然贮存大幅减少,在相对短的贮存时间内达到其要求的贮存寿命期限后,对其进行通电测试,如其性能良好就说明其贮存寿命满足要求。
目前国内对单一种类电子元器件贮存寿命有较成熟的加速模型和试验方法;但对于由多种类、多数量电子元器件及集成电路组成的单机设备还没有各方认可的加速模型和试验方法。对有贮存期要求的单机设备一般都采用自然贮存方式获得其贮存寿命,这种方式不光费时、费力,而且对新研设备要想获得其贮存期限,必须等待相当长的时间,自然贮存的方法已不适应当今使用要求。因此,找到一种切实可行并获得各方认可的加速贮存方法,在短期内获得设备贮存期限就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足,提出一种电子类产品加速贮存的试验方法,该方法切实可行并已获得各方认可。该方法利用相对恶劣的贮存环境对电子类产品进行加速贮存,在短期时间内定量获得设备贮存寿命期限。此方法弥补了自然贮存费时、费力的不足,同时也为新研设备贮存寿命期限的定量评定提供了一种切实可行的方法。
本发明的技术方案如下:
一种电子类产品加速贮存的试验方法,该方法的步骤为:
(1)统计组成电子类产品的元器件的种类和数量;
(2)根据电子类产品自然贮存的环境,得到影响电子类产品贮存寿命期限的关键环境因素,进而得到加速贮存环境应力的种类,再根据步骤(1)得到的元器件在关键环境因素下的使用极限,得到加速贮存环境应力的量级;
(3)查询元器件手册及标准,得到步骤(1)中各种类元器件的激活能(Eai),按照“Arrhenius温度加速模型”计算出各种类元器件在加速贮存环境下的加速因子,Arrhenius温度加速模型如下:
式中:tui-在加速贮存环境条件下,第i种元器件需贮存的时间;
tei-在自然贮存环境条件下,第i种元器件需贮存的时间;
Eai-第i种元器件的激活能(ev);
k-波尔兹曼常数(8.617×10-5ev/k);
Tu-自然贮存温度(k);
Te—加速贮存温度(k);
AFi-第i种元器件在加速贮存环境下的加速因子;
(4)查询元器件手册及标准,得到步骤(1)中各种类元器件在自然贮存环境下的通用失效率(λui),用每种元器件的通用失效率乘以相对应种类元器件的数量,得到该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率(λUi=ni·λui),用得到的该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率再乘以该种元器件在加速贮存环境下的加速因子(AFi),得到该种元器件在加速贮存环境下总的失效率(λAi=ni·λui·AFi);
(5)将电子类产品各种类元器件在自然贮存环境下总的通用失效率相加,得到电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率式中:m为电子类产品中元器件种类数),将电子类产品各种类元器件在加速贮存环境下总的失效率相加,得到电子类产品在加速贮存环境下总的失效率式中:m为电子类产品中元器件种类数);
(6)利用电子类产品在加速贮存环境下总的失效率(λAT)除以电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率(λUT),得到电子类产品在加速贮存环境下的加速因子(AFT);
式中:m-电子类产品中元器件的种类数;
ni-第i种元器件的个数;
λui-第i种元器件在自然贮存环境下的通用失效率;
λUi-第i种元器件在自然贮存环境下的总的通用失效率;
λAi-第i种元器件在加速贮存环境下总的失效率;
λUT—电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率;
λAT-电子类产品在加速贮存环境下总的失效率;
AFT-电子类产品在加速贮存环境下的加速因子;
(7)用电子类产品需要达到的贮存寿命时间除以步骤(6)得到的电子类产品在加速贮存环境下的加速因子(AFT),得到加速贮存所需的试验时间;
(8)根据步骤(2)得到的加速贮存环境应力的种类和量级以及步骤(7)得到的试验时间,完成加速贮存试验。
步骤(8)中的加速贮存试验过程分解为若干个循环,每个循环期的时间进行累计,在一个循环期结束后对电子类产品进行电性能测试,如果电性能测试有不合格的情况,则说明电子类产品达不到要求的贮存寿命期限,如果整个试验过程中所有测试结果均合格,则说明电子类产品能够达到要求的贮存寿命期限。
前三个循环期的试验过程如下:
第一个循环期:
第一步,对电子类产品施加温度应力从室温按照设定的升温速率升至80℃,保持一个循环期的时间,然后按照设定的降温速率降至室温;
第二步,对电子类产品施加湿度应力,湿度为70%,持续时间为5-12小时,湿度试验结束后,在室温环境停放2-4小时;
第三步,对电子类产品通电进行电性能测试,并记录相关测试结果;
第二个循环期与第一个循环期相同;
第三个循环期与第一个循环期相同,其中湿度改为95%。
第一步中设定的升温速率为1℃/min,设定的降温速率为1℃/min。
步骤(2)中的关键环境因素是指环境的温度和湿度,关键环境因素指温度时,环境应力的种类为温度应力,温度应力的量级为60-90℃,优选80℃,关键环境因素指湿度时,环境应力的种类为湿度应力,湿度应力的量级为70%-95%,优选70%和95%,且在70%条件下贮存时间为95%条件下贮存时间的2倍。
有益效果
(1)本发明的方法可在相对短的贮存时间内,定量、准确的获得电子类产品的贮存寿命期限。
(2)通过对电子类产品元器件的种类和数量的分类统计,获得各种类元器件在加速贮存环境下的加速因子,最终获得电子类产品在自然和加速贮存环境下的失效率,为电子类产品加速因子的确定提供条件;
(3)通过对电子类产品贮存及使用环境进行分析,得到影响整机产品贮存寿命期限的关键环境因素,最终获得加速贮存试验环境应力的种类和量级,为确定整机加速贮存试验剖面奠定基础;
(4)按照确定的加速贮存试验环境应力的量级及计算出的电子类产品在自然和加速贮存环境下的失效率,计算出整机产品的加速因子,最终获得整机加速贮存所需的试验时间;
(5)按照确定的加速贮存试验剖面图,完成相关加速贮存试验,最终获得电子类产品贮存寿命期限;
(6)温度应力的量级选择是依据电子类产品的贮存条件进行确定的,如果温度太低则起不到产品贮存加速的目的,如果太高则超过了产品承受能力的极限,申请人通过大量的试验确定温度应力的量级选择为80℃;
(7)湿度应力的量级选择是依据产品的实际贮存和使用的条件进行确定的,湿度应力的量级为70%和95%,且在70%条件下贮存时间为95%条件下贮存时间的2倍,因此在等效15年的自然贮存的条件下加入了10次70%的湿度应力考核,加入了5次95%的湿度应力考核。
附图说明
图1为本发明的电子类产品加速贮存的试验方法流程图;
图2为1KT17-5A换流器加速贮存试验剖面示意图。
具体实施方式
一种电子类产品加速贮存的试验方法,该方法的步骤为:
(1)统计组成电子类产品整机的元器件的种类和数量;
(2)对电子类产品贮存及使用环境进行分析,得到影响产品贮存寿命期限的关键环境因素(如:温度和湿度);对组成电子类产品各类型元器件的环境适应性进行分析,从而确定加速贮存试验环境应力的种类和量级;
(3)查询元器件手册及标准,得到步骤(1)中各种类元器件的激活能(Eai),按照“Arrhenius温度加速模型”计算出各种类元器件在加速贮存环境下的加速因子,Arrhenius温度加速模型如下:
式中:tui-在加速贮存环境条件下,第i种元器件需贮存的时间;
tei-在自然贮存环境条件下,第i种元器件需贮存的时间;
Eai-第i种元器件的激活能(ev);
k-波尔兹曼常数(8.617×10-5ev/k);
Tu-自然贮存温度(k);
Te—加速贮存温度(k);
AFi-第i种元器件在加速贮存环境下的加速因子;
其中:
aa..某种元器件的激活能Eai越大,其加速系数就越大,即:越容易被加速;
b.某种元器件的加速因子AFi亦称加速系数,定义为:对两个同样的样本在不同应力水平条件下,为得到具有同样失效形式和机理的相同失效率所需的时间比。
(4)查询元器件手册及标准,得到步骤(1)中各种类元器件在自然贮存环境下的通用失效率(λui),用每种元器件的通用失效率乘以相对应种类元器件的数量,得到该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率(λUi=ni·λui),用得到的该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率再乘以该种元器件在加速贮存环境下的加速因子(AFi),得到该种元器件在加速贮存环境下总的失效率(λAi=ni·λui·AFi);
(5)将电子类产品各种类元器件在自然贮存环境下总的通用失效率相加,得到电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率式中:m为电子类产品中元器件种类数),将电子类产品各种类元器件在加速贮存环境下总的失效率相加,得到电子类产品在加速贮存环境下总的失效率式中:m为电子类产品中元器件种类数);
(6)利用电子类产品在加速贮存环境下总的失效率(λAT)除以电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率(λUT),得到电子类产品在加速贮存环境下的加速因子(AFT);
式中:m-电子类产品中元器件的种类数;
ni-第i种元器件的个数;
λui-第i种元器件在自然贮存环境下的通用失效率;
λUi-第i种元器件在自然贮存环境下的总的通用失效率;
λAi-第i种元器件在加速贮存环境下总的失效率;
λUT—电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率;
λAT-电子类产品在加速贮存环境下总的失效率;
AFT-电子类产品在加速贮存环境下的加速因子;
(7)用电子类产品需要达到的贮存寿命时间除以步骤(6)得到的电子类产品在加速贮存环境下的加速因子(AFT),得到加速贮存所需的试验时间;
(8)在加速贮存试验条件下,按照计算出的加速贮存试验时间完成加速贮存试验;试验中对产品各项性能指标进行检测,在整个试验周期内,如所有测试结果均合格,则说明产品能够达到要求的贮存寿命期限。
例如:电子类产品的贮存寿命期限为10年,加速因子为30,则加速贮存时间为(10×365×24)/30=2920小时,将2920小时分解为20个循环,则每个循环的时间为146小时,每次循环时间累积为总的加速时间;每个循环期结束后对电子类产品的电性能进行测试,如果在前9个循环期结束时电子类产品的电性能测试均合格,而在第10个循环期结束时电子类产品的电性能测试不合格,则说明电子类产品达不到要求的贮存寿命期限,此时反推电子类产品的最长贮存寿命期限只能为4.5年,如果在20个循环期结束后电子类产品的电性能测试均合格,则说明电子类产品的贮存寿命期限能够达到10年。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
在2014年5月时,要求对1KT17-5A换流器进行25年贮存寿命期限的研究,同时要求此研究在一年内完成,当时提供的两台试验样机为2004年5月出厂的产品。如按照自然贮存方式进行,明显无法满足一年内完成的要求。因此,决定对试验样机采取加速贮存方式进行试验验证,如图1所示:
(1)统计1KT17-5A换流器装机元器件的种类和数量,详见附录A;
(2)1KT17-5A换流器贮存的环境详见附录B,得到1KT17-5A换流器贮存寿命期限的关键环境因素为:温度和湿度;
根据元器件的使用手册,得到步骤(1)中统计的各类元器件的贮存温度极限,取各类元器件的贮存温度极限的最低值,以该最低值作为1KT17-5A换流器的贮存温度应力极限,加速温度应力量级不得超过该最低值,经统计该1KT17-5A换流器的贮存温度应力极限为90℃,在保证加速贮存试验中产品失效机理不变的前提下,1KT17-5A换流器加速试验温度将从60℃、70℃、80℃和90℃四种应力水平中进行选取。
通过对1KT17-5A换流器贮存的自然环境的统计分析得知,由于空调断电会形成高湿环境,将对电子产品的寿命造成一定影响,因此在试验过程中应施加湿度应力。对于中心库房贮存阶段,湿度量级为95%;对于使用阶段,湿度量级为70%。因此,试验过程中应加入70%和95%两个湿度考核量级。
(3)计算1KT17-5A换流器在加速贮存环境下的加速因子
查询相关器件手册及标准(详见附录C),得到组成1KT17-5A换流器各种类元器件的激活能(Eai),按照“Arrhenius温度加速模型”计算出各种类元器件在加速贮存环境下的加速因子;再查询元器件手册及标准(详见附录C),得到各种类元器件在自然贮存环境(温度定为20℃)下的通用失效率(λui),乘以相对应种类元器件的数量,得到该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率(λUi=ni·λui),用得到的该种元器件在自然贮存环境下总的通用失效率再乘以该种元器件在加速贮存环境下的加速因子(AFi),得到该种元器件在加速贮存环境下总的失效率(λAi=ni·λui·AFi);利用1KT17-5A换流器整机在加速贮存环境下总的失效率(λAT)除以换流器整机在自然贮存环境下总的通用失效率(λUT),得到1KT17-5A换流器整机在加速贮存环境下的加速因子(AFT),计算过程详见附录D。
经计算1KT17-5A换流器对应60℃、70℃、80℃和90℃四种试验温度应力水平下的整机加速因子汇总详见表1。
表11KT17-5A换流器整机加速因子(四种温度水平)
结合1KT17-5A换流器自身特性及整个试验任务时间约束,确定加速贮存试验温度应力量级选用80℃,即:1KT17-5A换流器整机加速因子为:38。
(4)1KT17-5A换流器加速贮存试验时间的确定
1KT17-5A换流器试验样机为2004年5月出厂,至2014年5月已有10年的自然贮存,为满足25年贮存寿命期限的要求,需对其再进行15年的加速贮存。用15年除以整机加速因子38,得到总加速贮存试验时间为3458小时,详见表2。
表21KT17-5A换流器(80℃)总加速试验时间
序号 | 单机名称 | 单机代号 | 出厂日期 | 需加速的贮存年限 | 总加速时间 | 备注 |
1 | 换流器 | 1KT17-5A | 2004.5 | 15年 | 3458小时 |
因需在整个加速贮存试验期间添加湿度应力并进行电性能测试,针对1KT17-5A换流器的电性能测试是指测试其空载情况下消耗电流、线电压、周期、相序,以及负载情况下的消耗电流、线电压、相电流、周期、相序,因此需将等效15年自然贮存需进行的总加速时间,分解为等效自然贮存1年的加速时间。根据表2计算出的等效15年自然贮存需进行的总加速时间,计算出等效自然贮存1年的加速时间,见表3。
表3折算后1KT17-5A换流器(80℃)加速试验时间
(5)试验过程
第一步,对1KT17-5A换流器施加温度应力从室温按照1℃/min的升温速率升至80℃,保持231小时,然后按照1℃/min的降温速率降至室温;
第二步,对1KT17-5A换流器施加湿度应力,湿度为70%,持续时间为12小时,湿度试验结束后,在室温环境停放4小时;
第三步,对1KT17-5A换流器按照换流器技术文件要求对1KT17-5A换流器通电进行电性能测试,并记录相关测试结果;
第四步,重复第一步-第三步一次;
第五步,重复第一步-第三步一次,其中湿度改为95%;
上述第一步到第五步完成一组循环,共五组循环;
上述的试验过程如图2所示。
a.图2中“15个循环”表示设备需等效加速贮存的年数为15年;
b.图2中“1个循环”表示等效设备自然贮存1年所需进行的加速试验项目;
c.试验温度:图2中“1个温循”表示受试设备由室温按照1℃/min的升温速率升至80℃,80℃高温持续时间见表3(即为231小时),高温保持后按照1℃/min的降温速率降至室温;
d.试验湿度:湿度试验紧随温度试验进行,每次湿度试验持续时间为12小时;湿度试验次数与“循环数15”相同,湿度试验对应湿度依次为70%、70%、95%,70%、70%、95%,…参见图2;
e.电性能测试:湿度试验结束,产品在常温环境停放4小时后,按照换流器技术文件要求对产品通电进行电性能测试,并记录相关测试结果。
试验结论:
1KT17-5A换流器按照上述加速贮存试验过程完成所有试验,且测试结果均正常,则表明1KT17-5A换流器贮存寿命期限可以达到25年。
Claims (9)
1.一种电子类产品加速贮存的试验方法,其特征在于该方法的步骤为:
(1)统计组成电子类产品的元器件的种类和数量;
(2)根据电子类产品自然贮存的环境,得到影响电子类产品贮存寿命期限的关键环境因素,得到加速贮存环境应力的种类,再根据步骤(1)得到的元器件在关键环境因素下的使用极限,得到加速贮存环境应力的量级;
(3)按照“Arrhenius温度加速模型”计算出各种类元器件在加速贮存环境下的加速因子,Arrhenius温度加速模型如下:
式中:tui-在加速贮存环境条件下,第i种元器件贮存的时间;
tei-在自然贮存环境条件下,第i种元器件贮存的时间;
Eai-第i种元器件的激活能,单位ev,查询元器件手册及标准得到;
k-波尔兹曼常数;
Tu-自然贮存温度,单位k;
Te—加速贮存温度,单位k;
AFi-第i种元器件在加速贮存环境下的加速因子;
i=1,2,3…,m,m为电子类产品中元器件种类数,m为自然数;
(4)根据步骤(1)中各种类元器件在自然贮存环境下的通用失效率λui,用每种元器件的通用失效率乘以相对应种类元器件的数量,得到该种类元器件在自然贮存环境下总的通用失效率λUi=ni·λui,用总的通用失效率再乘以该种类元器件在加速贮存环境下的加速因子AFi,得到该种类元器件在加速贮存环境下总的失效率λAi=ni·λui·AFi,ni为第i种元器件的数量;各种类元器件在自然贮存环境下的通用失效率λui查询元器件手册及标准得到;
(5)将电子类产品各种类元器件在自然贮存环境下总的通用失效率相加,得到电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率将电子类产品各种类元器件在加速贮存环境下总的失效率相加,得到电子类产品在加速贮存环境下总的失效率
(6)利用电子类产品在加速贮存环境下总的失效率λAT除以电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率λUT,得到电子类产品在加速贮存环境下的加速因子AFT;
式中:m-电子类产品中元器件的种类数;
ni-第i种元器件的个数;
λui-第i种元器件在自然贮存环境下的通用失效率;
λUi-第i种元器件在自然贮存环境下的总的通用失效率;
λAi-第i种元器件在加速贮存环境下总的失效率;
λUT—电子类产品在自然贮存环境下总的通用失效率;
λAT-电子类产品在加速贮存环境下总的失效率;
AFT-电子类产品在加速贮存环境下的加速因子;
(7)用电子类产品需要达到的贮存寿命时间除以步骤(6)得到的电子类产品在加速贮存环境下的加速因子AFT,得到加速贮存所需的试验时间;
(8)根据步骤(2)得到的加速贮存环境应力的种类和量级以及步骤(7)得到的试验时间,完成加速贮存试验。
2.根据权利要求1所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:步骤(8)中的加速贮存试验过程分解为若干个循环,每个循环期的时间进行累计,在一个循环期结束后对电子类产品进行电性能测试,如果电性能测试有不合格的情况,则说明电子类产品达不到要求的贮存寿命期限,如果整个试验过程中所有测试结果均合格,则说明电子类产品能够达到要求的贮存寿命期限。
3.根据权利要求1或2所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:步骤(2)中的关键环境因素是指环境的温度和湿度,加速贮存环境应力的种类为温度和湿度。
4.根据权利要求3所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:加速贮存环境温度应力的量级为60-90℃。
5.根据权利要求4所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:加速贮存环境温度应力的量级为80℃。
6.根据权利要求3所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:加速贮存环境湿度应力的量级为70%-95%。
7.根据权利要求5所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:加速贮存环境湿度应力的量级为70%和95%,且在70%条件下贮存时间为95%条件下贮存时间的2倍。
8.根据权利要求7所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:前三个循环期的试验过程如下:
第一个循环期:
第一步,对电子类产品施加温度应力从室温按照设定的升温速率升至80℃,保持一个循环期的时间,然后按照设定的降温速率降至室温;
第二步,对电子类产品施加湿度应力,湿度为70%,持续时间为5-12小时,湿度试验结束后,在室温环境停放2-4小时;
第三步,对电子类产品通电进行电性能测试,并记录相关测试结果;
第二个循环期与第一个循环期相同;
第三个循环期与第一个循环期相同,其中湿度改为95%。
9.根据权利要求8所述的一种电子类产品加速贮存的方法,其特征在于:第一步中设定的升温速率为1℃/min,设定的降温速率为1℃/min。
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