CN108089115A - 一种电路板材料产品寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电路板材料产品寿命预测方法，属于电路电子技术领域，其包括：第一：确定电路板产品的失效部位及失效方式，失效部位及失效方式分别为电磁继电器接由于外部水汽渗入引起的触点氧化接触失效、插接件管脚由于弹性范围内的高应力疲劳及集成电路的金属化学腐蚀；第二：建立上述失效部位及失效方式的数学模型并计算得到失效部位的寿命；第三：比较上述寿命，以最小薄弱原理取最小寿命为电路板产品的寿命。本发明的电路板材料产品寿命预测方法通过引入电路板失效的常见故障形式，对故障形式进行建立数学模型，可准确预测到电路板产品的寿命。

Description

一种电路板材料产品寿命预测方法

技术领域

本发明属于电路电子技术领域，尤其涉及一种电路板材料产品寿命预测方法。

背景技术

电路板在长期存储条件下，其寿命具有不确定性，若将其应用到实际工程中，则会限制工程系统的寿命。因此需要一种电路板材料产品寿命预测方法，以预测在长期存储条件下电路板产品寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种电路板材料产品寿命预测方法，用于解决目前对电路板产品的寿命预测没有一个准确的计算模型的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电路板材料产品寿命预测方法，其包括

第一：确定电路板产品的失效部位及失效方式，失效部位及失效方式分别为电磁继电器接由于外部水汽渗入引起的触点氧化接触失效、插接件管脚由于弹性范围内的高应力疲劳及集成电路的金属化学腐蚀；

第二：建立上述失效部位及失效方式的数学模型并计算得到失效部位的寿命；

第三：比较上述寿命，以最小薄弱原理取最小寿命为电路板产品的寿命。

进一步的，所述电磁继电器的失效模型为：

式中，L为焊点腐蚀深度，V为密封空腔体积，P₀为标准大气压；Δp为初始水汽分压差，p为密封空腔内的水汽分压，M_水汽为水汽分子量，M_空气为空气分了量，P_饱和为饱和水汽压，RH为相对湿度，T_c为温度，t为时间。

进一步的，所述插接件管脚的失效模型为：

式中，N₁为持续状态的疲劳寿命，N₂为参考点寿命，S₁为应力均方根值，S₂为参考点应力均方根值，b为S-N曲线斜率。

进一步的，所述集成电路的失效模型为：

式中，L为持续状态的寿命值，A为与材料特性、产品设计、失效准则以及其他因素相关的系数，T为绝对温度，k为波尔兹曼常数，E_a为激活能；

耗损寿命或累计残余寿命计算：

式中，n_i为循环次数，N_i为总循环次数，R_i为单次耗损，R为总耗损。

本发明的电路板材料产品寿命预测方法通过引入电路板失效的常见故障形式，对故障形式进行建立数学模型，可准确预测到电路板产品的寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的电路板材料产品寿命预测方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1，本发明的电路板材料产品寿命预测方法主要包括：

1)寿命预测模型

在长期储存过程中，电路板的失效主要以腐蚀为主。首先对电路板的失效模式进行分析，找到长期储存过程中电路板的薄弱部分，对薄弱部位进行建模仿真，预测薄弱部位的寿命，根据最小薄弱原理，得出电路板的储存寿命。

通过对电路板的失效模式进行分析，结合电路板的生命周期，可得到长期储存过程中电路板的薄弱环节及敏感因素，如表1所示。

表1电路板薄弱环节及敏感因素

a)电磁继电器失效

密封电磁继电器的主要失效模式是触点接触失效，它是由于外部水汽渗入、触点材料氧化腐蚀效应引起的。本实施例中采用水汽含量计算模型：

式中，L为焊点腐蚀深度，V为密封空腔体积，P₀为标准大气压；Δp为初始水汽分压差，p为密封空腔内的水汽分压，M_水汽为水汽分子量，M_空气为空气分了量，P_饱和为饱和水汽压，RH为相对湿度，T_c为温度，t为时间。

b)插接件管脚失效

插接件管脚焊点会因腐蚀出现裂纹直至开裂，主要由弹性范围内的高周应力疲劳造成，其疲劳寿命为：

式中，N₁为持续状态的疲劳寿命，N₂为参考点寿命，S₁为应力均方根值，S₂为参考点应力均方根值，b为S-N曲线斜率。

c)集成电路失效

大量实际失效数据表明，Arrhenius模型可作为稳态高温下集成电路的寿命计算，且当温度在0～85℃范围内，主导失效机理表现为金属化学腐蚀，这里采用Arrhenius模型为：

式中，L为持续状态的寿命值，A为与材料特性、产品设计、失效准则以及其他因素相关的系数，T为绝对温度，k为波尔兹曼常数，E_a为激活能；

在此，利用公认的Palmgren-Miner线性寿命叠加原理进行累计耗损寿命或累计残余寿命计算：R＝∑R_i＝1

式中，n_i为循环次数，N_i为总循环次数，R_i为单次耗损，R为总耗损。

通过给定初始条件，对电路板3个薄弱环节储存状态小寿命进行分析计算、预测薄弱部位的寿命，根据最小薄弱原理，得出电路板的储存寿命。

通过上述所建立的寿命模型，带入具体参数，可以得到各薄弱环节的寿命，最后根据最小薄弱原理，得出电路板的储存寿命。

(1)电磁继电器寿命计算

在储存条件下的水汽含量变化是一个非常缓慢变化的过程，电磁继电器的参数取值如表所示。

表2电磁继电器参数表

将以上参数带入到公式中，可得电磁继电器储存状态下的寿命为19年。

(2)插接件管脚

插接件管脚的寿命参数如表3所示：

表3插接件管脚寿命参数表

将插接件管脚的寿命参数带入公式，经计算结果发现，在长期储存过程中，插接件管脚的载荷所计算出的寿命很大(即寿命总耗损R＝6.7×10^-16非常小)，故插接件管脚不是薄弱环节，剔除参与竞争失效。

(3)集成电路

电路板上电检测时，其高温主要集中在集成电路，故将此作为考察对象。集成电路的寿命参数如表4所示：

表4集成电路寿命参数表

将集成电路的寿命参数带入公式，计算储存状态下，集成电路的寿命为21年。

按照最小薄弱原理，在温度为25℃、相对湿度保持在库房储存时的平均状态40％的条件下，以其“短板”电磁继电器的寿命为电路板的寿命，即为19年。

本发明的电路板材料产品寿命预测方法通过引入电路板失效的常见故障形式，对故障形式进行建立数学模型，可准确计算得到电路板产品的寿命。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电路板材料产品寿命预测方法，其特征在于，包括：

第一：确定电路板产品的失效部位及失效方式，失效部位及失效方式分别为电磁继电器接由于外部水汽渗入引起的触点氧化接触失效、插接件管脚由于弹性范围内的高应力疲劳及集成电路的金属化学腐蚀；

第二：建立上述失效部位及失效方式的数学模型并计算得到失效部位的寿命；

第三：比较上述寿命，以最小薄弱原理取最小寿命为电路板产品的寿命。

2.根据权利要求1所述的电路板材料产品寿命预测方法，其特征在于，所述电磁继电器的失效模型为：

式中，L为焊点腐蚀深度，V为密封空腔体积，P₀为标准大气压；Δp为初始水汽分压差，p为密封空腔内的水汽分压，M_水汽为水汽分子量，M_空气为空气分了量，P_饱和为饱和水汽压，RH为相对湿度，T_c为温度，t为时间。

3.根据权利要求1所述的电路板材料产品寿命预测方法，其特征在于，所述插接件管脚的失效模型为：

式中，N₁为持续状态的疲劳寿命，N₂为参考点寿命，S₁为应力均方根值，S₂为参考点应力均方根值，b为S-N曲线斜率。

4.根据权利要求1所述的电路板材料产品寿命预测方法，其特征在于，所述集成电路的失效模型为：

式中，L为持续状态的寿命值，A为与材料特性、产品设计、失效准则以及其他因素相关的系数，T为绝对温度，k为波尔兹曼常数，E_a为激活能；

耗损寿命或累计残余寿命计算：R＝∑R_i＝1

式中，n_i为循环次数，N_i为总循环次数，R_i为单次耗损，R为总耗损。