CN109871655A

CN109871655A - 一种基于模糊等级评价的器件级产品试验应力确定方法

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Publication number: CN109871655A
Application number: CN201910208200.9A
Authority: CN
Inventors: 郭文迪; 付桂翠; 张钟庆; 苏昱太
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: CN109871655B

Abstract

本发明涉及一种基于模糊等级评价的器件级产品试验应力确定方法，包括以下步骤：步骤一：结合失效案例分析，确定器件级产品的备择集与模糊因素；步骤二：量化定性评价结果，建立器件级产品的模糊评价等级；步骤三：统计专家评价结果，建立器件级产品的隶属度评价矩阵；步骤四：结合模糊因素等级权重，计算器件级产品的一级模糊矩阵；步骤五：结合模糊因素权重，计算器件级产品的二级模糊矩阵，获取器件级产品试验应力敏感性模糊评价结果；步骤六：基于敏感性模糊评价判据，建立器件级产品试验应力选取评价流程，确定器件级产品的试验应力类型。本发明涉及一种器件级产品的多应力强化试验试验应力确定方法，主要基于模糊等级评价方法，进行器件级产品多应力强化试验，试验类型的选择及试验应力的确定，属于元器件可靠性试验技术领域。

Description

一种基于模糊等级评价的器件级产品试验应力确定方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种器件级产品的多应力强化试验试验应力确定方法，主要基于模糊等级评价方法，进行器件级产品多应力强化试验，试验类型的选择及试验应力的确定，属于元器件可靠性试验技术领域。

(二)背景技术：

目前，器件级产品的故障是造成设备级产品失效乃至系统级产品失效的主要因素，尤其是航空航天等高可靠性领域，元器件的质量的好坏往往对设备级产品和系统级产品的可靠性有很大的影响。针对器件级产品，多应力可靠性强化试验可以通过设置强化试验类型及应力条件的组合，有效地发现产品的薄弱环节，提高产品的固有可靠性。

然而，多应力强化试验的开展中应力的选取往往完全依靠判断和特定使用环境确定，传统的确定方法缺乏对不同应力敏感性的定量评价，无法合理确定多应力试验的应力类型。对试验条件的设置和试验应力的选择往往依靠试验人员的经验，具有很大的随机性。

因此，针对器件级产品多应力强化试验开展试验应力确定方法研究可以客观的选择敏感性高的应力条件，并依据器件对应力的敏感程度进行组合，从而设计有效的多应力强化试验方案，使试验具有更高的试验效率和更低的试验成本。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种基于模糊等级评价的器件级产品试验应力确定方法。利用模糊等级评价理论开展试验应力的敏感性评价，模糊等级评价方法是经过运筹学的判断、推理与论证，由最佳隶属度原则，得到量化结论的方法。该方法可最大程度保留评价信息，突出主要因素，将工程经验与主观判断进行量化处理，从而得到一种适用于器件级产品试验应力的选取确定方法。

2、技术方案：本发明基于模糊理论评价方法结合实际工程经验及主观判断形成一种器件级产品试验应力确定方法，它包括如下步骤：

步骤一：结合失效案例分析，确定器件级产品的备择集与模糊因素；

步骤二：量化定性评价结果，建立器件级产品的模糊评价等级；

步骤三：统计专家评价结果，建立器件级产品的隶属度评价矩阵；

步骤四：结合模糊因素等级权重，计算器件级产品的一级模糊矩阵；

步骤五：结合模糊因素权重，计算器件级产品的二级模糊矩阵，获取器件级产品试验应力敏感性模糊评价结果；

步骤六：基于敏感性模糊评价判据，建立器件级产品试验应力选取评价流程，确定器件级产品的试验应力类型；

其中，步骤一中确定器件级产品的备择集和模糊因素是指在失效案例分析的基础上，考虑器件级产品工作环境不确定和失效机理多样的特点，确定所有评价的试验应力，包括温度应力、电应力、振动应力、湿度应力、静电等一些应力条件。定义备择集为： U＝{U₁,U₂,U₃,U₄...U_m}，依次代表m个不同的评价对象，即不同的试验应力。模糊因素则指对不同应力敏感性评价时考虑的因素，此处确定为应力对器件性能影响的风险等级、应力影响器件失效机理的频次大小以及应力导致失效的比例大小作为模糊因素，且三种因素均认为越大，应力激发效率越高。模糊因素集定义为q＝{q₁,q₂,q₃}，依次代表上述三种模糊因素_。

其中，步骤二中对模糊因素量化定性评价结果，划分不同模糊因素的模糊等级。包括第一等级、第二等级和第三等级。根据较高，一般，较低的语言变量值，确定各等级量化数值为0.7，0.5，0.3三种量值。模糊因素等级矩阵如下表所示：

表1模糊因素等级表

其中，步骤三中建立器件级产品的隶属度评价矩阵，因为本方法倾向于用折中的较高、较低的评价语言，因此隶属度量值采用与模糊因素等级相同0.7，0.5，0.3三种隶属度量值。所确定隶属度评价矩阵为针对q₁、q₂、q₃三种模糊因素依次进行各评价对象的隶属度评价。可得到三种模糊因素的隶属度评价矩阵R1、R2、R3。评价结果如下式所示：

矩阵中元素r_ijk代表所评价不同对象在不同等级下的隶属度，下标i代表步骤一模糊因素级第q_i种模糊因素，即第i种。j为步骤二，三个模糊等级中第j个模糊等级，k为步骤一备择集中m种不同的评价对象。

其中，步骤四为结合不同模糊等级量值的权重计算与评价结果的一级模糊矩阵B计算。计算公式如下式所示：

B_i＝W_i×R_i＝[b_i1,b_i2,····,b_i3]

其中W为每个模糊因素等级的权重，由下式确定：

下标代表第i个因素的第j个等级，由此可知第i个因素的权重集：

W_i＝[W_i1,W_i2,W_i3]，(i＝1,2,3)

最终得到一级模糊矩阵B为：

其中，步骤五为针对不同应力综合建立二级模糊行矩阵A，每一列值即反映不同应力条件对于器件的敏感程度。其计算公式为：

A＝C·B＝(a₁,a₂,...,a_m)

式中的C＝(c₁,c₂,c₃)为定义的不同因素的权重矩阵，依次代表不同因素对评价结果的重要性程度，其和为1。

其中，步骤六为根据步骤五中得到的敏感性评价矩阵A中计算结果，确定器件级产品试验应力。对不同评价结果进行正态拟合，确定超过均值一个σ为单应力敏感，双应力敏感性之和超过2倍均值为双应力敏感。单应力敏感开展单应力强化试验，双应力敏感开展试验类型为双应力强化试验，其他情况开展四综合的强化试验。

以器件工作中最经常承受的温度，湿度，振动以及电应力四种应力作为评价对象进行说明。在不同模糊因素权重相同的前提下，对隶属度评价结果可能存在的所有情况按照模糊矩阵敏感性计算，最后对这些数据通过Matlab等科学计算软件进行拟合，可得到其敏感性评价的结果服从均值为0.5，方差为0.1的正态分布，既a～N(0.5，0.1²)。当敏感性参数大于均值一个σ，既0.6时，根据正态分布特点，敏感性评价结果中此时其概率大于82.63％的，可以较合理的描述单一应力的敏感性较高。当两应力敏感性参数之和大于2倍的均值，即大于0.1 可以较合理描述为双应力敏感性较高。

(四)附图说明：

图1是本发明的实施步骤流程示意图，图2是不同应力对应失效案例的分布图，图3是各应力对应失效机理数分布图，图4是各应力对应综合风险等级分布图。

(五)具体实施方式：

下面将结合具体实施案例，对本发明所述的针对器件级电子产品基于模糊等级评价的试验应力确定方法进行详细说明。

本发明以某型号国产A/D转换器为例，说明基于模糊等级评价的器件级产品试验应力确定方法。

首先，选取各应力导致失效案例的多少、导致失效机理数的多少和失效风险等级的大小作为模糊因素。需要针对目前国产A/D转换器在生产使用中出现的失效案例进行案例总结，在此基础上对器件不同部位的潜在失效机理以及激发不同失效机理的对应应力类型进行分析，并利用FMECA的方法分析不同失效机理对器件的失效风险等级。最终得到如图2、图3、图4所示不同应力对应失效案例、失效机理数和失效风险等级的分布图。

根据器件在使用中最常遇到的环境，定义温度、湿度、振动及电应力四种应力作为评价对象。定义备择集为：U＝{U₁,U₂,U₃,U₄}；

建立模糊因素等级来评价不同应力对器件的影响，即：应力对于器件性能影响风险等级、应力影响器件失效机理的多少以及应力导致失效的比例大小作为影响因素，开展不同评价对象的第一等级、第二等级和第三等级的模糊量级下的隶属度评价。此处选取0.7、0.5和0.3 这三种量级来对应评价隶属度的大、中、小三种模糊性评价。

建立隶属度评价矩阵，隶属度评价矩阵中第一等级，第二等级和第三等级对试验影响能力递减，即对其评价结果的采信度递减。以对R₁应力对于器件性能影响风险等级的评价为例，通过失效调研分析结果可知，在对器件性能的影响风险等级中，电应力综合风险等级最高，温度仅次于电应力，振动与湿度则都明显低于电应力与温度应力。所以在第一列温度应力评价中选取0.7、0.3和0.3这三种隶属度，第二列与第三列湿度与振动选取明显低于温度的0.5、 0.3和0.3这三种隶属度，电应力最高，第四列选取0.7、0.5和0.3这三种隶属度。同理在R₂应力影响失效机理多少中，R₂应力导致的失效比例中同样依据调研结果和FMMECA的结果对不同等级的隶属度进行评价，最终得到隶属度评价矩阵为：

一级模糊矩阵计算，根据等级权重计算公式确定三个影响因素对应三个等级的权重集为：

按照一级评价矩阵公式计算得到的一级评价矩阵：

二级模糊矩阵计算，定义各影响因素的权重集，应力对于器件性能影响综合风险等级，应该作为对器件强化试验敏感应力选取中最重要的评价标准，应力影响器件失效机理的多少作为评价标准的权重最小，应力导致失效的比例大小则作为次于对器件性能影响严重度等级的评价标准。因此确定三个影响因素的权重集为：C＝(0.55,0.15,0.3)。

根据公式计算得到二级评价矩阵为：

A＝[0.493 0.365 0.365 0.565]

二级模糊评价矩阵的结果，应力敏感性依次代表：温度、湿度、振动，电应力的敏感性参数。

试验类型确定中本案例评价选取0.7，0.5，0.3三种模糊量级，按照选取策略所确定开展试验为温度应力与电应力的综合应力强化试验。

Claims

1.一种基于模糊评价等级的器件级产品试验应力确定方法，其特征在于：利用模糊等级评价，正态拟合等方法对器件级产品多应力强化试验中不同的试验应力类型进行选择及试验应力的确定。该方法的具体步骤如下：

步骤六：基于敏感性模糊评价判据，建立器件级产品试验应力选取评价流程，确定器件级产品的试验应力类型。

2.根据权利要求1所述的结合失效案例分析，确定器件级产品的备择集与模糊因素，其特征在于考虑器件级产品工作环境不确定和失效机理多样的特点，确定所有评价的试验应力，包括温度应力、电应力、振动应力、湿度应力、静电等一些应力条件。备择集为不同试验应力条件。模糊因素则指对不同应力敏感性评价时考虑的因素，此处确定为应力对于器件性能影响风险等级、应力影响器件失效机理的频次大小以及应力导致失效的比例大小作为模糊因素，且三种因素均认为越大，应力激发效率越高。

3.根据权利要求1所述的量化定性评价结果，建立器件级产品的模糊评价等级，其特征在于根据模糊因素量化定性评价结果，划分不同模糊因素的模糊等级，结合高，一般，较低的语言变量值，确定各等级量化数值为0.7，0.5和0.3，从而建立模糊因素等级矩阵。

4.根据权利要求1所述的统计专家评价结果，建立器件级产品的隶属度评价矩阵，其特征在于隶属度量值倾向用于折中的较高、较低的评价语言去描述，通常采用与模糊因素等级相同的三种度量值。

5.根据权利要求1所述的结合模糊因素等级权重，计算器件级产品的一级模糊矩阵，其特征在于为每个模糊因素设置权重，建立模糊因素权重级W_i＝[W_i1,W_i2,W_i3]，(i＝1,2,3)，最终得到一级模糊矩阵B。

6.根据权利要求1所述的结合模糊因素权重，计算器件级产品的二级模糊矩阵，获取器件级产品试验应力敏感性模糊评价结果，其特征在于针对不同应力建立二级行矩阵A，每一列值即反映不同应力条件对于器件的敏感程度。其计算公式为：A＝C·B＝(a₁,a₂,...,a_m)，式中的C＝(c₁,c₂,c₃)为定义的不同因素的权重矩阵，依次代表不同因素对评价结果的重要性程度，其和为1。

7.根据权利要求1所述的基于敏感性模糊评价判据，建立器件级产品试验应力选取评价流程，确定器件级产品的试验应力类型，其特征在于根据得到的敏感性评价矩阵A中计算结果，确定器件级产品试验应力。对不同评价结果进行正态拟合，确定超过均值一个σ为单应力敏感，双应力敏感性之和超过2倍均值为双应力敏感。单应力敏感开展单应力强化试验，双应力敏感开展试验类型为双应力强化试验，其他情况开展四综合的强化试验。