一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子产品可靠性分析与寿命评估技术领域，具体涉及一种面向盐雾环 境下使用的印制电路板使用寿命评估方法。
【背景技术】
[0002] 海上武器装备电控模块为海上武器装备的控制系统，控制着武器整个发射过程， 协调各个机械装置在发射过程中的执行顺序，是海上武器装备的"大脑"。高可靠的电控模 块是海上武器装备系统安全性的重要保障。电控模块在装备服役过程中，一旦发生失效将 会使整个装备系统各子系统失去关联关系，影响服役过程的正常运行，甚至对武器装备及 操作人员的安全造成严重威胁。同时，环境适应性是武器装备的一个重要特征，装备适应性 能的好坏直接影响到装备性能的发挥。在产品设计定型时，必须通过实验室环境鉴定试验 来验证产品的环境适应性是否满足研制要求和规定的指标。环境鉴定试验是武器装备设计 定型地面鉴定试验的重要组成部分。而海上武器装备在海洋环境中服役工作，面对复杂的 海上环境，必须通过有效的可靠性设计及相关试验，预计武器装备的可靠度，目的是准确地 评定装置可靠性和使用寿命，以让使用中可能出现的问题在投入服役前得到充分暴露和解 决，从而制定科学合理的维修决策，以节省维修费用，并保障战备的完好和任务的成功。
[0003] 一套海上武器装备一般配置一台控制台，控制台包括两个测控箱，每个测控箱含 有若干功能模块，每一功能模块又由若干印制电路板组成，印制电路板的耐盐雾腐蚀性能 则成为决定海上武器装备正常服役的必备条件。印制电路板由于在海洋环境下工作容易受 到腐蚀，同时盐的沉积物也会对印制电路板的电气性能产生影响，这些破坏往往会影响其 环境适应性，可靠性和使用寿命。
[0004] 该印制电路板在实际服役过程中使用频率很低，并且每次使用只有几分钟的时 间。同时由于其工作环境的特殊，现有的寿命可靠性分析方法很难表述该印制电路板的具 体故障模式，并评估其使用寿命。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提出一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估 方法。
[0006] 本发明的技术方案为：一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估方法， 具体包括以下步骤：
[0007] A :确定盐雾试验样本数η ;
[0008] B :对盐雾试验样本数η进行编号，并制定试验条件与合格判据；
[0009] C :随机选取部分编号样本进行三防漆的预处理，剩余部分编号样本不进行任何处 理，然后对全部样本进行试验；
[0010] D :取出样本进行初步的腐蚀形貌判断，以判定样品是否已直接失效，清洗样品表 面至正常水平之后测定样本的电性能；选取Arrhenius模型分别通过基于加速寿命试验与 基于样本性能退化的估计方法对印制电路板的使用寿命进行估计。
[0011] 进一步地，所述加速寿命试验具体包括以下步骤：
[0012] Dl :确定试验环境因子得到加速系数η ;所述环境因子包括：温度因子a，盐溶液 浓度因子b，盐雾沉降量因子C ;根据以下公式计算所述加速系数Tl ;
[0013] q = a · b · c ；
[0014] D2 :根据现有研宄中盐雾试验的加速变量对试验速率影响的成果，以及 Arrhenius模型对温度因子a进行估算；根据实验数据对盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降 量因子c进行拟合，得到盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降量因子c加速试验模型，根据得到 的加速试验模型计算得到盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降量因子c的值；根据得到的温度 因子a，盐溶液浓度因子b，盐雾沉降量因子c计算加速系数Tl ;
[0015] D3:根据步骤D2获得的加速系数II，求得自然使用环境下的贮存时间T，T = η · Tr ；
[0016] 其中，Iw表示试验周期。
[0017] 更进一步地，通过基于电路板性能退化的估计方法对印制电路板的使用寿命进行 估计，具体包括：通过对印制电路板的电阻进行测量，根据测量得到的样本的不同端口电阻 变化，对比分析η个样本的电阻变化率，求出变化率平均值歹；并根据电子产品退化量失效 阈值ζ、自然使用环境下的贮存时间T tl与变化率平均值歹，求出实际服役中达到失效退化的 使用年限T1, A
[0018] 进一步地，所述步骤B制定的试验条件如下：
[0019] 温度：35°C±2°C;
[0020] 盐溶液浓度：5 % ± 1 % ;
[0021] PH 值：6.5-7. 2;
[0022] 盐雾沉降率：I. 3mV (80cm2 · h);
[0023] 试验周期Iw :96小时，其中一个循环为喷雾24小时/停喷24小时，共计两个循 环。
[0024] 本发明的有益效果：本发明通过将该印制电路板的失效模式与工作环境进行相关 联，建立了基于盐雾试验的加速寿命预测模型，将除温度外的盐雾浓度与沉降量加入加速 模型当中，建立的新寿命预测模型与实验数据相结合，有效地预测了该印制电路板在盐雾 环境服役条件下的服役寿命；本发明方法克服了传统可靠性分析方法在分析小样本，失效 机理复杂系统时无法精确建模的问题；
[0025] 在装置的研制阶段，仅通过现场使用数据往往无法对其使用寿命进行充分验证， 本发明通过开展加速寿命试验，缩短试验时间，提高海上武器装备使用寿命验证水平，让使 用中可能出现的问题在服役前得到充分暴露和解决，从而制定科学合理的维修决策，以节 省维修费用，并保障战备的完好和任务的成功；
[0026] 在该盐雾试验中，本发明的方法将试验条件严格控制在一个应力水平上，可认为 是恒定应力加速寿命试验；本发明的方法以盐雾的沉降量为加速应力水平，从加速寿命试 验的角度对电路板使用寿命进行验证。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明的基于盐雾试验的印制电路板使用寿命验证方法流程图。
[0028] 图2为本发明实施例提供的盐雾试验样品摆放示意图。
[0029] 图3为本发明实施例提供的温度对盐雾腐蚀速率的影响图。
[0030] 图4为本发明实施例提供的NaCl浓度对盐雾腐蚀速率的影响图。
[0031] 图5为本发明实施例提供的盐雾沉降量对盐雾腐蚀速率的影响图。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发 明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0033] 如图1所示为本发明的基于盐雾试验的印制电路板使用寿命验证方法流程图，包 括如下步骤：
[0034] A :参照电子元器件的失效率试验并根据试验具体要求确定盐雾试验样本数。
[0035] 首先假设海上武器装备印制电路板服从指数分布，其失效分布函数为
[0036] F(t) = l-e_At (I)
[0037] 其可靠度为
[0038] R(t) = e_At (2)
[0039] 式中，λ为产品失效率，其倒数为产品平均寿命θ = 1/λ。
[0040] 在时间t时，已失效产品数目为r的概率为
【主权项】
1. 一种基于盐雾试验的印制电路板使用寿命评估方法，其特征在于，具体包括以下步 骤： A:确定盐雾试验样本数n; B:对盐雾试验样本数n进行编号，并制定试验条件与合格判据； C:随机选取部分编号样本进行三防漆的预处理，剩余部分编号样本不进行任何处理， 然后对全部样本进行试验； D:取出样本进行初步的腐蚀形貌判断，以判定样品是否已直接失效，清洗样品表面至 正常水平之后测定样本的电性能；选取Arrhenius模型分别通过基于加速寿命试验与基于 样本性能退化的估计方法对印制电路板的使用寿命进行估计。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速寿命试验具体包括以下步骤： D1:确定试验环境因子得到加速系数n;所述环境因子包括：温度因子a，盐溶液浓度 因子b，盐雾沉降量因子c;根据以下公式计算所述加速系数n;q=a?b?c; D2 :根据现有研宄中盐雾试验的加速变量对试验速率影响的成果，以及Arrhenius模 型对温度因子a进行估算；根据实验数据对盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降量因子c进行 拟合，得到盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降量因子c加速试验模型，根据得到的加速试验模 型计算得到盐溶液浓度因子b以及盐雾沉降量因子c的值；根据得到的温度因子a，盐溶液 浓度因子b，盐雾沉降量因子c计算加速系数n; D3:根据步骤D2获得的加速系数n，求得自然使用环境下的贮存时间T，T=n*T'; 其中，T'表示试验周期。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过基于电路板性能退化的估计方法对 印制电路板的使用寿命进行估计，具体包括：通过对印制电路板的电阻进行测量，根据测量 得到的样本的不同端口电阻变化，对比分析n个样本的电阻变化率，求出变化率平均值5 ; 并根据电子产品退化量失效阈值z、自然使用环境下的贮存时间L与变化率平均值S，求出 实际服役中达到失效退化的使用年限
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B制定的试验条件如下： 所述步骤B制定的试验条件如下： 温度：35°C±2°C; 盐溶液浓度±1% ; PH值：6. 5-7. 2 ; 盐雾沉降率：1. 3mV(80cm2 ?h); 试验周期T' :96小时，其中一个循环为喷雾24小时/停喷24小时，共计两个循环。
【专利摘要】本发明公开一种基于盐雾环境试验的印制电路板使用寿命评估方法，首先，通过将该印制电路板的失效模式与工作环境进行相关联，建立了基于盐雾试验的加速寿命预测模型，通过试验数据与Arrhenius加速寿命预测模型相结合的方法，绘制了温度、盐溶液浓度及盐雾沉降量等三个环境因子与试验样品腐蚀面积间的变化曲线，有效地预测了该印制电路板在盐雾环境服役条件下的服役寿命；克服了传统可靠性分析方法在分析小样本，失效机理复杂系统时无法精确建模的问题。其次，在装置的研制阶段，通过开展加速寿命试验，缩短试验时间，提高海上武器装备使用寿命验证水平，让使用中可能出现的问题在服役前得到充分暴露和解决，从而制定科学合理的维修决策，以节省维修费用，并保障战备的完好和任务的成功。
【IPC分类】G01N17-00
【公开号】CN104777092
【申请号】CN201510173745
【发明人】付国忠, 朱顺鹏, 杨圆鉴, 殷毅超, 米金华, 刘宇, 黄洪钟, 汪忠来, 何俐萍
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月14日