CN109975131A - 一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法。该方法将高加速应力试验理念引入到产品级贮存试验及分析领域，通过高应力加载和步进应力施加手段，使产品贮存老化缺陷检测所需的试验周期大幅缩短，并提出以工作应力极限值随贮存时间的变化作为产品贮存老化缺陷的检测判据，使常规条件下难以检测的产品级性能退化和失效变得可高效测量。本发明的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法尤其适用于在常规测试下贮存性能退化不明显，退化时间长或为突发型失效的产品。

Description

一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法
技术领域
本发明属于贮存试验与分析技术领域，具体涉及一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法。
背景技术
贮存老化缺陷的检测是贮存研究中寿命预测、退化模型建立、加速试验设计等多项研究工作的基础，目前尚未有统一的标准化方法，现有方法大多是要在性能测试获得的退化规律或失效现象基础上进行分析或验证，但有些产品在贮存过程中，虽然产品内部的材料性能发生了退化，但产品级的输出性能测试结果在较长一段时间内无变化，验证型的考核指标也仍能满足，这使得产品级贮存老化缺陷的研究工作耗时长、难下结论或者直接证据不足，这种情况下就需要开发合适的检测方法，使产品级的退化或者失效变得可快速测量，以便推进后续工作开展。
高加速应力试验技术是上世纪末期由美国G.K. Hobbs 博士及其团队研究提出的，其核心思想是在失效机理不变的前提下，通过提高诱发应力的施加量级，大幅缩短产品潜在故障显现化的时间，用于在产品研制设计阶段快速暴露设计缺陷，从而通过根因分析以及必要的改进措施提高产品可靠性。
通过检索现有文献资料，尚未发现有学者提出将高加速应力理念及试验手段引入到贮存产品分析试验领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法。
本发明的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法包括以下步骤：
a.分析树脂灌封产品贮存老化的机理
依次确定影响产品贮存性能的主要材料，确定主要材料发生老化时对应的产品级失效模式，确定诱发失效所需的应力类型；
b.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力施加方式
以步进方式施加试验应力；
c.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力量级及步进量
以诱发失效所需的应力类型对应的产品指标要求的应力值作为施加应力起始值T0；分析产品的贮存和使用环境要求，确定在不改变老化机理的前提下，产品的主要材料及结构能承受的应力极限值，与试验设备所能提供的极限值做对比，选取二者中较低的值作为施加应力的上限值TH，选取施加应力起始值与上限值的差值的10%-50%作为应力步进量，或者，选取二者中较高的值作为施加应力的下限值TL，选取施加应力起始值与下限值的差值的10%-50%作为应力步进量；步进量为等步进量或逐级减小步进量；以步进方式施加试验应力序列为T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TH，或者T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TL；N≥1；
d.确定产品在每个应力量级下所需的停留时间
在温度应力下的停留时间为每10℃温差停留30 min -120min，在振动应力下的停留时间为每个应力量级下停留5 min -10min；
e.确定产品的测试状态
在每个应力量级下达到停留时间后进行产品的工作态测试；
f.确定产品贮存老化缺陷检测试验的测试样本
根据测试样本选择流程，选取至少3个不同的贮存时间，每个贮存时间下选取至少3个产品作为测试样本；
g.开展检测试验，获取不同贮存时间的测试样本的工作应力极限值，并绘制测试样本的工作应力极限值随贮存时间的变化曲线或图表。
步骤g中，一旦获取了测试样本的工作应力极限值，则检测试验结束，绘制的测试样本的工作应力极限值随贮存时间的变化曲线作为此产品贮存老化缺陷的检测判据。
步骤f所述的测试样本选择流程如下：
f1.选择贮存时间靠近产品设计寿命末期的产品A；
f2.以产品A的贮存时间为起始点，向前选取多个产品，相邻二个产品之间的贮存时间间隔为设计寿命期限的20%-50%。
步骤f所述的测试样本为通过自然贮存获得的本产品的测试样本，或者在加速贮存机理不变的情况下加速贮存获得的本产品的测试样本，或者经分析后选择与测试样本具备相同关键材料和结构、功能代表性的自然贮存的相似产品的测试样本。
步骤g所述的测试样本的工作应力极限值的获取方法如下：
对测试样本以步进方式施加试验应力，若在初始应力量级T0时，测试样本出现工作态失效，则初始应力量级T0记为测试样本的工作应力极限值；若从初始应力量级T0进行到应力量级TN时，测试样本首次出现工作态失效，此时，将试验应力回复到前一个应力量级TN-1，在应力量级TN-1达到停留时间后再次进行测试样本的工作态测试，若测试样本性能恢复正常，则应力量级TN-1记为测试样本的工作应力极限值；若步进方式施加试验应力一直进行到施加应力的上限值TH或下限值TL，测试样本仍未出现工作态失效，则测试样本的工作应力极限值记为≥TH或≤TL。
本发明的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法具有以下优点：
1.将高加速应力试验理念引入到产品级贮存试验及分析领域，通过高应力加载和步进应力施加手段，使产品贮存老化缺陷检测所需的试验周期大幅缩短。
当材料的性能退化到产品正常工作对其阈值的要求以下就会出现产品失效，而高应力加载条件将使产品正常工作对材料的阈值要求相比于常规条件下显著提高，从而使产品失效现象出现的时间大幅提前，降低对测试样本贮存时间的要求，显著缩短检测试验所需的试验周期。
2.提出以工作应力极限值随贮存时间的变化曲线作为产品贮存老化缺陷的检测判据，使常规条件下难以检测的产品级性能退化和失效变得可高效测量。
针对贮存条件下常规性能退化缓慢或为突发型失效的产品，若想以指标失效作为产品贮存老化缺陷的检测判据，则检测工作将难以进行或耗时很久，本发明提出以工作应力极限值随贮存时间的变化曲线作为产品贮存老化缺陷的检测判据，解决了常规条件下产品级性能退化和失效难以检测及分析的问题。
本发明的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法尤其适用于在常规测试下贮存性能退化不明显，退化时间长或为突发型失效的产品，可使其产品级的退化或者失效变得可测量并大幅缩短产品贮存老化缺陷检测所需的试验周期。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本发明。
实施例1
某树脂灌封产品B，其结构为限定外壳尺寸下的树脂包裹陶瓷，其主要性能指标之一是-20℃产品工作正常，设计寿命要求是8年。其贮存性能变化特点是产品级低温工作性能在较长时间内仍能满足指标要求，产品级失效和贮存老化缺陷难以检测。
本实施例对该树脂灌封产品B的贮存老化缺陷进行了检测。
本实施例的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法，包括以下具体步骤：
a.分析树脂灌封产品贮存老化的机理
依次确定影响产品贮存性能的主要材料，确定主要材料发生老化时对应的产品级失效模式，确定诱发失效所需的应力类型；
经分析，影响某树脂灌封产品B贮存性能的主要材料是其树脂基材，随贮存时间延长，树脂基材发生老化后模量增大、脆性增加、局部内应力与树脂本体强度以及树脂-陶瓷界面强度的差距愈发明显，从而导致产品出现低温脱层、开裂等现象，或者低温工作温度范围变窄，低温工作极限值提高；诱发失效所需施加的应力类型是低温。
b.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力施加方式
以步进方式施加试验应力；
某树脂灌封产品B以步进方式施加试验应力。
c.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力量级及步进量
以诱发失效所需的应力类型对应的产品指标要求的应力值作为施加应力起始值T0；分析产品的贮存和使用环境要求，确定在不改变老化机理的前提下，产品的主要材料及结构能承受的应力极限值，与试验设备所能提供的极限值做对比，选取二者中较低的值作为施加应力的上限值TH，选取施加应力起始值与上限值的差值的10%-50%作为应力步进量，或者，选取二者中较高的值作为施加应力的下限值TL，选取施加应力起始值与下限值的差值的10%-50%作为应力步进量；步进量为等步进量或逐级减小步进量；以步进方式施加试验应力序列为T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TH，或者T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TL；N≥1；
某树脂灌封产品B指标要求的低温工作温度是-20℃，即施加应力起始值T0为-20℃；经分析，在不改变老化机理的前提下某树脂灌封产品B主要材料及结构能承受的应力极限值为不超过+90℃，对低温范围无特殊要求，试验设备所能提供的低温加载极限是-50℃，选取两个低温极限值中较高的值-50℃作为施加应力的下限值，即施加应力的下限值TL为-50℃；采用等步进量的应力加载方式，步进量选择-5℃，为施加应力起始值T0与下限值TL差值的16.7%。
d.确定产品在每个应力量级下所需的停留时间
在温度应力下的停留时间为每10℃温差停留30 min -120min，在振动应力下的停留时间为每个应力量级下停留5 min -10min；
温度应力下的停留时间与产品热传递过程相关，结合热传递过程试验结果确定某树脂灌封产品B在-5℃步进量下所需的停留时间为45min。
e.确定产品的测试状态
在每个应力量级下达到停留时间后进行产品的工作态测试；
某树脂灌封产品B在每个应力量级下达到停留时间后进行产品的工作态测试。
f.确定产品贮存老化缺陷检测试验的测试样本
根据测试样本选择流程，选取至少3个不同的贮存时间，每个贮存时间下选取至少3个产品作为测试样本；
现有自然贮存0年、1.5年、2年、5年的某树脂灌封产品B若干，根据测试样本选择流程，首先选择贮存时间靠近产品设计寿命末期的产品A，再以产品A的贮存时间为起始点，向前选取多个产品，相邻二个产品之间的贮存时间间隔为设计寿命期限的20%-50%，即首先选择自然贮存5年的产品，再向前选取自然贮存0年和2年的产品，每个贮存时间下选取3个测试样本。
g.开展检测试验，获取不同贮存时间的测试样本的工作应力极限值，并绘制测试样本的工作应力极限值随贮存时间的变化曲线或图表。
开展检测试验，获取自然贮存0年、2年、5年的某树脂灌封产品B测试样本的的低温工作应力极限值，检测结果如表1，表1为自然贮存不同时间的某树脂灌封产品B的低温检测试验结果。
表1
注：√代表测试样本在对应的应力量级下工作正常；
×代表测试样本在对应的应力量级下出现工作态失效。
从表1结果可以看出自然贮存不同时间的某树脂灌封产品B的测试样本在指标要求的应力值-20℃下均工作正常，但测试样本的工作应力极限值随贮存时间的变化结果为：随着贮存时间延长，低温工作应力极限值呈逐渐升高趋势，验证了某树脂灌封产品B的贮存老化缺陷是树脂基材模量变化、内应力增加，导致树脂与陶瓷界面出现低温脱层，产品低温工作温度范围变窄，低温工作极限值提高。
从以上的分析和试验过程可以看出：某树脂灌封产品B的贮存老化过程比较缓慢，若采取常规条件测试手段想检测到产品级失效或性能退化规律，第一，需要有足够长贮存时间的测试样本，时间消耗以年为单位，以便性能退化幅度明显而可测量；第二，需要多次较长时间间隔的测试，总时间消耗以月为单位，以获得准确的性能退化趋势，这两方面都是非常耗时的。而采用高加速应力试验手段分析贮存后产品，试验产品的贮存时间要求可适当缩短，试验时间也可以缩短为以天为单位，对试验效率的提升有明显益处。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 分析树脂灌封产品贮存老化的机理
依次确定影响产品贮存性能的主要材料，确定主要材料发生老化时对应的产品级失效模式，确定诱发失效所需的应力类型；
b.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力施加方式
以步进方式施加试验应力；
c.确定产品贮存老化缺陷检测试验的应力量级及步进量
以诱发失效所需的应力类型对应的产品指标要求的应力值作为施加应力起始值T0；分析产品的贮存和使用环境要求，确定在不改变老化机理的前提下，产品的主要材料及结构能承受的应力极限值，与试验设备所能提供的极限值做对比，选取二者中较低的值作为施加应力的上限值TH，选取施加应力起始值与上限值的差值的10%-50%作为应力步进量，或者，选取二者中较高的值作为施加应力的下限值TL，选取施加应力起始值与下限值的差值的10%-50%作为应力步进量；步进量为等步进量或逐级减小步进量；以步进方式施加试验应力序列为T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TH，或者T0、 T1、…… 、TN-1、TN 、……、TL；N≥1；
d.确定产品在每个应力量级下所需的停留时间
在温度应力下的停留时间为每10℃温差停留30 min -120min，在振动应力下的停留时间为每个应力量级下停留5 min -10min；
e.确定产品的测试状态
在每个应力量级下达到停留时间后进行产品的工作态测试；
f.确定产品贮存老化缺陷检测试验的测试样本
根据测试样本选择流程，选取至少3个不同的贮存时间，每个贮存时间下选取至少3个产品作为测试样本；
g.开展检测试验，获取不同贮存时间的测试样本的工作应力极限值，并绘制测试样本的工作应力极限值随贮存时间的变化曲线或图表。
2.根据权利要求1所述的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法，其特征在于：步骤f所述的测试样本选择流程如下：
f1.选择贮存时间靠近产品设计寿命末期的产品A；
f2.以产品A的贮存时间为起始点，向前选取多个产品，相邻二个产品之间的贮存时间间隔为设计寿命期限的20%-50%。
3.根据权利要求1所述的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法，其特征在于：步骤f所述的测试样本为通过自然贮存获得的本产品的测试样本，或者在加速贮存机理不变的情况下加速贮存获得的本产品的测试样本，或者经分析后选择与测试样本具备相同关键材料和结构、功能代表性的自然贮存的相似产品的测试样本。
4.根据权利要求1所述的树脂灌封产品贮存老化缺陷的检测方法，其特征在于：步骤g所述的测试样本的工作应力极限值的获取方法如下：
对测试样本以步进方式施加试验应力，若在初始应力量级T0时，测试样本出现工作态失效，则初始应力量级T0记为测试样本的工作应力极限值；若从初始应力量级T0进行到应力量级TN时，测试样本首次出现工作态失效，则前一个工作正常的应力量级TN-1记为测试样本的工作应力极限值；若步进方式施加试验应力一直进行到施加应力的上限值TH或下限值TL，测试样本仍未出现工作态失效，则测试样本的工作应力极限值记为≥TH或≤TL。
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