一种基于加速退化试验的pcb绝缘寿命快速预测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法及系统，所述预测方法包括如下步骤：步骤S1，对多块PCB在高温高湿条件下进行偏压应力加速退化试验，采集各PCB的表面绝缘电阻值；步骤S2，拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹模型，并根据所述性能退化轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命；步骤S3，构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压应力加速模型待估参数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高温高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命；步骤S4，构建高温高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所述关系模型得到PCB在室温条件下的绝缘寿命。本发明通过构建加速模型解决了在有限时间内快速预测PCB绝缘寿命的问题，尤其适用于PCB可靠性技术领域。
【专利说明】
-种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法及系统
技术领域
[0001] 本发明设及PCB绝缘寿命技术领域，尤其设及一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿 命快速预测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 印刷电路板(Printed Circuit Boards,简称PCB)作为电子设备的基础元件，巧妙 地实现了电路导通和基板绝缘的结合，在计算机、数控、电子仪器等领域中应用广泛，地位 至关重要。其中，绝缘可靠性是PCB两大可靠性之一，其可靠性水平成为影响电子设备完成 既定任务的重要因素。PCB的绝缘特性首先与基材类型相关，FR-4环氧玻璃布覆铜板，因其 具有良好的机械性能和介电性能，较好的耐热性，成本适中等特点，在实际工程中应用广 泛。但是环氧预浸料覆铜板具有较强的吸水性，而且所使用的半固化片具有较高的湿度敏 感性，同时金属铜对电化学迁移化Iectrochemical Migration,简称ECM)也是十分敏感的， 因此在高溫高湿偏置电压（Temperature,化midity and Bias,简称T皿)作用下PCB发生绝 缘失效的概率也较高，运对PCB的绝缘可靠性提出了挑战。
[0003] PCB在胆存或使用过程中的失效，最具代表性的是由绝缘性能下降引起的漏电或 短路故障。其中，高溫、高湿及偏压环境下的电化学迁移化CM)是PCB绝缘性能发生劣化甚至 导致短路故障发生的主要原因。ECM的定义根据《IPC-9 201Surface Insulation Resistance化iKlbook》中的描述"当PCB在高溫、高湿的恶劣环境中，其相邻导体间又有偏 压的情况下，逐渐发生的金属离子迁移，并在板面析出金属或其氧化物，该过程称为ECM，析 出物质一般呈树枝状而被称为枝晶。"国内外研究表明，在不同电场力作用下，枝晶生长速 率是随着其加载的偏置电压的变化而变化的，在高电压作用下，枝晶生长速率较快，反之较 慢。随着电路高度集成化的发展，PCB层数不断增加，线宽和线距都趋于细化，因此PCB工作 在高溫、高湿的环境中发生ECM的概率进一步提高。运是由于在环境湿度较大地区的空气水 分为金属离子溶解和沉淀提供了溶液媒介，PCB在高速负载操作下运行溫度不断上升从而 加深了化学反应程度，而运种湿热的环境为离子迁移提供了通道，同时，PCB上的导电电路 本身处于带电状态，为ECM的形成提供了电势差，使离子迁移和枝晶生长获得了动力，枝晶 的形成最终导致PCB导线间或者孔间绝缘性能降低，严重时引起线路间的短路，甚至烧毁元 器件，运对PCB的绝缘可靠性提出了挑战。
[0004] 目前工程中常用的可靠性预测与评估都是基于失效时间（寿命)数据的，然而，在 很多情况下产品的实际失效并不是突发失效，而是性能随时间发生退化，也可W说，产品的 失效是由于性能退化导致的，运类失效称为退化失效。在产品性能退化过程中，通常会对关 键特征（即该特征失效会引发产品甚至系统灾难性失效)退化进行监测，当退化量随着时间 的累积发展并达到一定失效临界值(通常称为失效标准或失效阀值)时，产品就会发生故障 失效。运种通过产品性能指标退化量来估计产品可靠性的试验，称为退化试验。退化试验可 W在正常工作条件或加速条件下进行，后者称为加速退化试验(Accelerated Degradation Test,简称ADT)。加速退化试验是在保证产品失效机理不变的前提下提高某些应力水平，使 产品性能加速退化，并通过分析高应力水平下的退化数据来估计产品可靠性的试验方法。
[0005] 由于PCB属于高可靠性、长寿命产品，在可靠性寿命试验过程中会出现极少失效甚 至零失效的现象，运给可靠性评估与预测带来了困难。考虑到产品的性能退化数据包含了 大量可靠性信息，本发明通过分析在不同环境下的性能退化数据W达到预测PCB正常工作 状态下绝缘寿命的目的，在节省试验时间和试验费用的前提下，实现对PCB的绝缘可靠性快 速预测。
[0006] 现有测评技术中，在对长寿命产品进行可靠性评估时，需要大量的试验时间去收 集失效数据，进而提高了预测成本，甚至一些高可靠产品在一定试验时间内无数据失效或 极少数据失效，因而无法准确地对其可靠性进行评估。基于加速退化试验技术，可W根据产 品的性能退化量随时间的变化规律来对产品的可靠性进行评估，因此，运是解决高可靠、长 寿命产品可靠性评估问题的良好途径。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于加速退化试验 的PCB绝缘寿命快速预测方法及系统。
[0008] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿 命快速预测方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤SI,对多块PCB在高溫高湿条件下进行偏压应力加速退化试验，采集各PCB的 表面绝缘电阻值；
[0010]步骤S2,拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹模型，并根据所述性能退化 轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命；
[0011] 步骤S3，构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压应力加速模型待估参 数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高溫高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命；
[0012] 步骤S4,构建高溫高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所述关系模型得到PCB在 室溫条件下的绝缘寿命。
[0013] 本发明的有益效果是:通过采用执行高溫高湿条件下的偏压应力退化试验，拟合 性能退化轨迹模型、构建偏压应力加速模型W及建立溫度和湿度应力与失效寿命的关系函 数等技术手段，能够解决现有技术中在有限时间内快速预测PCB绝缘寿命的技术问题。
[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进
[0015] 进一步地，步骤Sl的具体实现为：
[0016] 步骤Sll，将多块PCB放置在高低溫湿热环境试验箱中，试验箱的溫度设定为T，湿 度设定为畑；
[0017] 步骤S12，将多块PCB分为S组，S>4，每组包括m块PCB，m> 3，i表示第i组，且i = 1， 2，…，S，将块数为m，ri2，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为Vi，V2，…，Vs下进行恒加退化 试验；
[0018] 步骤S13,每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。
[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过提高环境溫度和湿度应力，实施加速偏 压应力性能退化试验，可W快速得到PCB绝缘退化轨迹特性，同时可W更真实地描述工作环 境因素对PCB绝缘失效的影响，加速绝缘预测过程，有效节约试验时间和成本。
[0020] 进一步地，步骤S2的具体实现为：
[0021] 将所述性能退化轨迹模型中PCB的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应 的寿命作为PCB的伪失效寿命。
[0022] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过采用性能退化数据分析技术，可W在PCB 绝缘寿命预测中失效数据不足甚至零失效的情况下，也能方便地执行绝缘寿命预测，克服 现有技术中缺乏失效寿命数据的问题。
[0023] 进一步地，步骤S3的具体实现为：
[0024] 步骤S31，构建绝缘寿命分布模型3
，式中，i = l，2,…，S，t 表示绝缘寿命，化表示特征寿命，Hli表示形状参数，F(t)表示Wt为变量的函数；
[0025] 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估 计方法计算得到特征寿命化和形状参数Hli ;
[00%] 步骤S32,构建偏压应力加速模型为：
[0027]
[002引式中，a，b表示待估参数，Vi表示偏压应力；
[0029] 根据步骤S31中计算得到的特征寿命化，计算得出待估参数a和b;
[0030] 步骤S33,利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应力加速模型，计算PCB在高溫高 湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命。
[0031] 采用上述进一步方案的有益效果是:构建出绝缘寿命分布模型和偏压应力加速模 型，把伪失效寿命当做绝缘寿命，计算得到模型的待估参数，进而计算出高溫高湿条件下不 同偏压应力下的绝缘寿命。
[0032] 进一步地，步骤S4的具体实现为：
[0033] 击驢SAl -尬活编錫去溫度和湿度的关系模型为；
[0034]
[0035] 式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示溫度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常 数，m，n表示待估参数；
[0036] 步骤S42,根据高溫高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室溫条件下的绝缘寿命。
[0037] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过采用构建溫度、湿度应力和绝缘寿命的 关系模型，把高溫高湿条件下的绝缘寿命外推到室溫时的绝缘寿命，能够解决现有技术中 在有限的试验时间内快速预测PCB绝缘寿命的问题。
[0038] 本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种基于加速退化试验的PCB 绝缘寿命快速预测系统，包括表面绝缘电阻值采集模块、性能退化轨迹建模模块、偏压应力 建模模块和绝缘寿命预测模块.
[0039] 所述表面绝缘电阻值采集模块，用于对多块PCB在高溫高湿条件下进行偏压应力 加速退化试验，采集各PCB的表面绝缘电阻值；
[0040] 所述性能退化轨迹建模模块，用于拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹 模型，并根据所述性能退化轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命；
[0041] 所述偏压应力建模模块，用于构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压 应力加速模型待估参数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高溫高湿条件不同偏 压应力下的绝缘寿命；
[0042] 所述绝缘寿命计算模块，用于构建高溫高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所 述关系模型得到PCB在室溫条件下的绝缘寿命。
[0043] 本发明的有益效果是:通过采用执行高溫高湿条件下的偏压应力退化试验，拟合 性能退化轨迹模型、构建偏压应力加速模型W及建立溫度和湿度应力与失效寿命的关系函 数等技术手段，能够解决现有技术中在有限时间内快速预测PCB绝缘寿命的技术问题。
[0044] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进
[0045] 进一步地，所述表面绝缘电阻值采集模块包括：
[0046] 试验条件设定单元，用于将多块PCB放置在高低溫湿热环境试验箱中，试验箱的溫 度设定为T，湿度设定为Wl;
[0047] 退化试验单元，用于将多块PCB分为S组，S>4，每组包括m块PCB，m > 3，i表示第i 组，且i = 1，2，…，S，将块数为m，ri2，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为Vi，V2，…，Vs下进 行恒加退化试验；
[0048] 采集单元，用于每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。
[0049] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过提高环境溫度和湿度应力，实施加速偏 压应力性能退化试验，可W快速得到PCB绝缘退化轨迹特性，同时可W更真实地描述工作环 境因素对PCB绝缘失效的影响，加速绝缘预测过程，有效节约试验时间和成本。
[0050] 进一步地，所述性能退化轨迹建模模块的具体实现为：
[0051] 将所述性能退化轨迹模型中PCB的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应 的寿命作为PCB的伪失效寿命。
[0052] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过采用性能退化数据分析技术，可W在PCB 绝缘寿命预测中失效数据不足甚至零失效的情况下，也能方便地执行绝缘寿命预测，克服 现有技术中缺乏失效寿命数据的问题。
[0053] 进一步地，所述偏压应力建模模块包括：
[0化4]失效寿命分布建模单元，用于构建PCB绝缘寿命分布模型关
式中，i = l，2,…，S，t表示绝缘寿命，化表示特征寿命，IIii表示形状参数，F(t)表示Wt为变量 的函数；
[0055] 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估 计方法计算得到特征寿命化和形状参数HH ;
[0056] 偏压应力加速模型构建单元，用于构建偏压应力加速模型为：
[0化7]
[0化引式中，a，b表示待估参数，Vi表示偏压应力；
[0059] 根据所述失效寿命分布建模单元中计算得到的特征寿命ru，计算得出待估参数a 和b;
[0060] 高溫高湿条件下绝缘寿命计算单元，用于利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应 力加速模型，计算PCB在高溫高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命。
[0061] 采用上述进一步方案的有益效果是:构建出绝缘寿命分布模型和偏压应力加速模 型，把伪失效寿命当做绝缘寿命，计算得到模型的待估参数，进而计算出高溫高湿条件下不 同偏压应力下的绝缘寿命。
[0062] 进一步地，所述绝缘寿命预测模块包括：
[0063] 绝缘寿命横巧构建单元，用于构建绝缘寿命、溫度和湿度的关系模型为：
[0064]
[0065] 式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示溫度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常 数，m，n表示待估参数；
[0066] 室溫绝缘寿命计算单元，用于根据高溫高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室溫条 件下的绝缘寿命。
[0067] 采用上述进一步方案的有益效果是:通过采用构建溫度、湿度应力和绝缘寿命的 关系模型，把高溫高湿条件下的绝缘寿命外推到室溫时的绝缘寿命，能够解决现有技术中 在有限的试验时间内快速预测PCB绝缘寿命的问题。
【附图说明】
[0068] 图1为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的流程图；
[0069] 图2为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统的结构图；
[0070] 图3为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的显示采 集的PCB加速退化数据的结构图；
[0071] 图4为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的不同偏 压应力水平下PCB的绝缘电阻退化轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0072] W下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0073] 下面是本发明中设及到的名词解释和试验前提条件。
[0074] 性能退化是指产品在其内部机理与外界环境的综合作用下，性能随时间延长呈一 定规律变化的一种复杂的物理/化学过程。当运种变化达到失效临界值时，就会导致产品发 生失效。对于一些性能退化过程非常缓慢的长寿命产品，一般采用加速退化试验方法来获 取性能退化数据。即在保证产品失效机理不变的前提下提高某些应力水平，使产品性能加 速退化。
[0075] 为保证加速退化试验能正常进行，首先需要保证试验具有加速性。加速退化试验 通常是在下面3个基本假定下进行的：
[0076] 假定1:在各加速应力水平及正常应力水平下，产品失效机理保持不变；
[0077] 假定2:在各应力水平下产品存在有规律的加速过程；
[0078] 假定3:在各应力水平下，产品的退化过程服从同族随机过程，即应力水平变化时， 产品退化过程保持不变，改变的只是过程参数。
[0079] 图1为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的流程图。
[0080] 如图1所示，一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，包括如下步骤：
[0081] 步骤Sl，对多块PCB在高溫高湿条件下进行偏压应力加速退化试验，采集各PCB的 表面绝缘电阻值；
[0082] 在本发明的具体实施例中，所述PCB可W为FR-4环氧玻璃布覆铜板，为加速试验进 程，试验环境设定为高于正常工作应力水平，在本发明中，将多块PCB放置在高低溫湿热环 境试验箱中，试验箱的溫度设定为T，湿度设定为RH，其中30°C《T《100°C，65 % 100%;将多块PCB分为S组，S>4,每组包括m块PCB，m>3，i表示第i组，且i = l，2,…，S，将 块数为m，m，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为Vi，V2，…，Vs下进行恒加退化试验；
[0083] 在该试验中，性能退化特性参数的选取必须具备两个条件:一是有准确定义而且 能够进行监测；二是随着试验时间的延长，有明显的趋势性变化，能客观反映 PCB的工作状 态。通过查阅国内外相关PCB的性能规范与测试方法得到，PCB绝缘性能的评价基本是通过 表面绝缘电阻值来表征，且表面绝缘电阻值可W很好地满足性能退化特性参数具备的两个 条件，故本发明选取表面绝缘电阻值作为退化特征参数。在性能退化试验中，对PCB的性能 退化数据进行连续监测是比较困难的，因此一般采取定时测量的方法。假设k组样本分别在 ti，t2,…，tr时刻测量性能退化数据，共测r次，数据记录如图3所示。图3为本发明所述一种 基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的显示采集的PCB加速退化数据的结构图， 图3中，-IV为应力水平Vk下的第nk个样本在时刻tr的性能退化数据。一般情况下，同一应力 水平下的测试时间相同，但不要求不同应力水平下的测试次数与时间一致，也不要求各应 力水平下的试验样本数目相同；每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。
[0084] 步骤S2,拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹模型，并根据所述性能退化 轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命；
[0085] 在本发明的具体实施例中，步骤S2的具体实现为:将所述性能退化轨迹模型中PCB 的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应的寿命作为PCB的伪失效寿命。失效临界 值依据国际标准IPC-TM-650或者J-STD-004来确定。在本发明中，规定PCB的绝缘失效临界 值为IOOM Q。
[0086] 在本发明的具体实施例中，通过分析表面绝缘电阻值，建立性能退化轨迹模型，如 图4,为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法的不同偏压应力水 平下PCB的绝缘电阻退化轨迹示意图。性能退化轨迹是指PCB性能失效特征量随时间变化的 曲线，目前最常见的有线性模型、指数模型、幕模型、自然对数模型等，需要根据采集的性能 退化数据进行拟合，选择适应的性能退化轨迹模型，并利用有效的数据统计方法，计算退化 轨迹模型参数。在本发明中，在线性化处理PCB性能退化模型后，采用最小二乘法进行参数 辨识，对于退化特征不明显的PCB，退化轨迹需要用回归分析等方法进行统计描述，再根据 性能退化轨迹模型和失效临界值，外推求出PCB的伪失效寿命。
[0087] 步骤S3,构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压应力加速模型待估参 数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高溫高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命；
[0088] 在本发明的具体实施例中，利用伪失效寿命对PCB的寿命分布模型进行参数估计。 高可靠、长寿命PCB的失效寿命一般服从We化ull分布、正态分布或对数正态分布。从功能角 度来说，PCB的绝缘失效是一个最小极值问题，因此，本发明假定PCB寿命分布服从We i bu 1 1分布。构建绝缘寿命分布模型为巧。=1-哪[-(?//7;)'"']，式中，1 = 1，2^。，5，*表示绝缘 寿命，化表示特征寿命，Hli表示形状参数，F(t)表示W t为变量的函数；
[0089] 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估 计方法计算得到特征寿命化和形状参数HH ;
[0090] 在本发明的具体实施例中，根据PCB失效机理分析和逆幕律模型，建立绝缘寿命与 偏压应力水平关系的加速模型t= l/(dV"〇 =AV^,式中，t表示绝缘寿命，A、d、c表示待定常 数，V表示偏压；
[0091] 当产品退化失效机理不变时，We i bu 1 1分布的形状参数Hii为与时间和应力无 关的常量，特征寿命ru为与应力有关的时变参量，因此，当加速应力为偏置电压时，根据t = l/(dVK)=AV气勾建偏压应力加速模型为：
[0092]
[0093] 式中，a，b表示待估参数，且a = lnA，b = -c;V康示偏压应力；
[0094] 在所述偏压应力加速模型中，根据计算得到的不同偏压应力水平下的特征寿命 化，利用加权最小二乘法和Gauss-Markov定理，计算得出待估参数a和b;
[0095] 在本发明的具体实施例中，利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应力加速模型， 计算PCB在高溫高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命。
[0096] 步骤S4,构建高溫高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所述关系模型得到PCB在 室溫条件下的绝缘寿命。
[0097] 在本发明的具体实施例中，步骤S4的具体实现为：
[0098] 步骤S41，构建绝缘寿命、溫度和湿度的关系模型为：
[0099]
[0100] 式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示溫度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常 数，m，n表示待估参数；
[0101] 步骤S42,根据高溫高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室溫条件下的绝缘寿命。
[0102] 图2为本发明所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统的结构图。
[0103] 如图2所示，一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，包括表面绝缘 电阻值采集模块、性能退化轨迹建模模块、偏压应力建模模块和绝缘寿命预测模块；
[0104] 所述表面绝缘电阻值采集模块，用于对多块PCB在高溫高湿条件下进行偏压应力 加速退化试验，采集各PCB的表面绝缘电阻值；
[0105] 在本发明的具体实施例中，所述表面绝缘电阻值采集模块包括：
[0106] 试验条件设定单元，用于将多块PCB放置在高低溫湿热环境试验箱中，试验箱的溫 度设定为T，湿度设定为Wl;
[0107] 退化试验单元，用于将多块PCB分为S组，S>4，每组包括m块PCB，m>3，i表示第i 组，且i = 1，2，…，S，将块数为m，ri2，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为Vi，V2，…，Vs下进 行恒加退化试验；
[0108] 采集单元，用于每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。
[0109] 所述性能退化轨迹建模模块，用于拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹 模型，并根据所述性能退化轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命；
[0110] 在本发明的具体实施例中，所述性能退化轨迹建模模块的具体实现为：
[0111] 将所述性能退化轨迹模型中PCB的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应 的寿命作为PCB的伪失效寿命。
[0112] 所述偏压应力建模模块，用于构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压 应力加速模型待估参数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高溫高湿条件不同偏 压应力下的绝缘寿命；
[0113] 在本发明的具体实施例中，偏压应力建模模块包括：
[0114] 失效寿命分布建模单元，用于构建PCB绝缘寿命分布模型夫 式中，i = l，2,…，S，t表示绝缘寿命，化表示特征寿命，Hii表示形状参数，F (t)表不t为变量 的函数；
[0115] 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估 计方法计算得到特征寿命化和形状参数HH ;
[0116] 偏压巧力加巧標巧构律单元，用于构建偏压应力加速模型为；
[0117]
[011引式中，a，b表示待估参数，Vi表示偏压应力；
[0119] 根据所述失效寿命分布建模单元中计算得到的特征寿命IU，利用加权最小二乘法 和Gauss-Markov定理，计算得出待估参数a和b;
[0120] 高溫高湿条件下绝缘寿命计算单元，用于利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应 力加速模型，计算PCB在高溫高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命。
[0121] 所述绝缘寿命计算模块，用于构建高溫高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所 述关系模型得到PCB在室溫条件下的绝缘寿命。
[0122] 在本发明的具体实施例中，所述绝缘寿命预测模块包括：
[0123] 绝缘寿命模型构建单元，用于构建绝缘寿命、溫度和湿度的关系模型为：
[0124]
[0125] 式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示溫度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常 数，m，n表示待估参数；
[0126] 室溫绝缘寿命计算单元，用于根据高溫高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室溫条 件下的绝缘寿命。
[0127] W下为一个具体的实施例。
[0128] 首先，选择FR-4型覆铜板W-定间隔放置在高低溫湿热环境试验箱中，试验箱溫 度设定为85°C，相对湿度设置为85%畑，当设置环境稳定运行后再对试验样板施加电压，电 压应力水平分别为12V，24V，220V和380V。一定时间后，测量并记录其不同应力水平下的PCB 的表面绝缘电阻，具体如图3所示。结果可见，在不同偏压应力水平下绝缘电阻值(I R)随时 间（t) W-定趋势变化，变化趋势明显，在PCB被施加电压150h后，绝缘电阻值随着试验时间 的延长，呈现规律性变化，能客观反映 PCB的工作状态。
[0129] 接着，基于采集到的15化后的退化数据，对各偏压应力水平下的PCB进行退化轨迹 模型拟合。根据退化数据随时间变化的趋势，通过对绝缘电阻值取对数进行线性化处理，得 到绝缘电阻对数化的值随时间的轨迹，可见基本呈线性，因此得到PCB在高溫高湿偏压环境 下的加速性能退化曲线基本符合线性模型的变化规律，即：yi(t) = lnRi(t)=ai+0i ? t，其 中，t为试验时间，R功绝缘电阻值，ai、e功待计算参数。
[0130] 接着，通过最小二乘法对每一个样本的退化轨迹模型的参数进行估计。最小二乘 法为本领域技术人员所熟知，因此在此不再具体详述，直接列出计算公式如下：
[0131]
[0132] 由此计算得到各PCB的退化轨迹模型参数如下表，该拟合过程为本领域技术人员 所熟知，因此在此不再详述。同时，参考国际标准I PC-TM-650method和J-STD-004,本发明 规定PCB的绝缘失效阀值为IOOMQ，将其代入到各退化轨迹模型中，外推求出各PCB板的伪 失效寿命数据如下表所示：
[01331
[i
[01对接着，基于伪失效寿命数据，利用加权最小二乘法和Gauss-Markov定理，计算PCB 偏压应力加速模型的待估参数a和b，计算公式如下
[0136]
[0137]
[OU 引
， ，其中年!。可查《可靠性试验用表》获得。为了计算式中系数H和M值， 先要计算特
征寿命In化和形状参数HH估计值。对于小样本的情况下，一般希望估计量的均方 差最小，最好线性无偏估计等方法得到的无偏估计量的均方差不一定是最小的，而最好线 性不变估计得到的估计量的均方差小于其他估计的均方差，因此将伪失效寿命数据视为完 全寿命数据，对不同应力水平下的Weibull分布参数lnru，mi采用最好线性不变估计方法进 行求解，计算结果如下表所示。
[0139]
[0140] 接着，根据上表计算得到a和b的估计值为
目此，得到偏压 应力加速模型：1〇化=7.72-0.36 ? InV，即n = 2252.96 ? y-°'36。
[0141] 同时根据《可靠性试验用表》，PCB绝缘寿命分布总体参数m的估计为
[0142]
[0143] 式中数值可按照近似计算公式：
，其中，巧。可查《可靠性试验用 表》获得。
[0144] 由Weibull分布的平均寿命公式可W计算出PCB的绝缘寿命为
[0145]
[0146] 式中，r (?)为伽马函数。
[0147] 由于在ECM过程中，当PCB工作在高于65°C溫度时，环境湿度对PCB发生ECM的影响微乎 其微，因此可W忽略湿度对PCB寿命的影响。据此根据构建的绝缘寿命、溫度和湿度的关系模型， 近似计算PCB在25°C/45%RH环境下的绝缘寿命夫
。 由此完成对PCB在高溫高湿偏压条件下的绝缘寿命快速预测过程。
[014引 W偏压应力水平为220V时PCB可靠性评估为例，当V = 220V时，通过偏压应力加速 模型可W得到lnru = 7.72-0.36Xln220 = 5.76，即得到在85°C/85%RH条件下PCB特征寿命 1185 = 2252.96 ? 220-^36 = 323.21化），接着根据上述公式计算PCB在85°C/85%RH条件下的 绝缘寿命具体为：
，最后外 推PCB在25°C/45%RH环境下的绝缘寿命为t25 = e邱（1.2 ? ln3082389.13) =61187816.75 化）。其他可靠性指标的估计可W类似得到。由此完成对PCB在高溫高湿环境下不同偏压应 力的绝缘寿命快速预测。
[0149] 在本说明书的描述中，参考术语"实施例一"、"实施例二"、"示例"、"具体示例"、或 "一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发 明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是 相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可W在任一个或多个实 施例或示例中W合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可W将 本说明书中描述的不同实施例或示例W及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0150] W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤S1，对多块PCB在高温高湿条件下进行偏压应力加速退化试验，采集各PCB的表面 绝缘电阻值； 步骤S2,拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹模型，并根据所述性能退化轨迹 模型计算得到各PCB的伪失效寿命； 步骤S3，构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压应力加速模型待估参数，进 而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高温高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命； 步骤S4,构建高温高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所述关系模型得到PCB在室温 条件下的绝缘寿命。2. 根据权利要求1所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，其特征在 于，步骤S1的具体实现为： 步骤S11，将多块PCB放置在高低温湿热环境试验箱中，试验箱的温度设定为T，湿度设 定为RH; 步骤S12,将多块PCB分为S组，S彡4,每组包括ru块PCB，ru彡3，i表示第i组，且i = l， 2，…，S，将块数为m，n2，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为Vi，V2，…，Vs下进行恒加退化 试验； 步骤S13,每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。3. 根据权利要求1所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，其特征在 于，步骤S2的具体实现为： 将所述性能退化轨迹模型中PCB的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应的寿 命作为PCB的伪失效寿命。4. 根据权利要求2所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，其特征在 于，步骤S3的具体实现为： 步骤S31，构建绝缘寿命分布模型为式中，i = l，2,…，S，t表示 绝缘寿命，m表示特征寿命，mi表示形状参数，F (t)表示以t为变量的函数； 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估计方 法计算得到特征寿命ni和形状参数mi; 步骤S32，构建偏压应力加速模型为：式中，a，b表示待估参数，Vi表示偏压应力； 根据步骤S31中计算得到的特征寿命ru，计算得出待估参数a和b; 步骤S33,利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应力加速模型，计算PCB在高温高湿条 件不同偏压应力下的绝缘寿命。5. 根据权利要求1所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测方法，其特征在 于，步骤S4的具体实现为： 步骤S41，构建绝缘寿命、温度和湿度的关系模型为：式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示温度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常数，m， η表示待估参数； 步骤S42,根据高温高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室温条件下的绝缘寿命。6. -种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，其特征在于，包括表面绝缘电 阻值采集模块、性能退化轨迹建模模块、偏压应力建模模块和绝缘寿命预测模块； 所述表面绝缘电阻值采集模块，用于对多块PCB在高温高湿条件下进行偏压应力加速 退化试验，采集各PCB的表面绝缘电阻值； 所述性能退化轨迹建模模块，用于拟合PCB的表面绝缘电阻值得到性能退化轨迹模型， 并根据所述性能退化轨迹模型计算得到各PCB的伪失效寿命； 所述偏压应力建模模块，用于构建偏压应力加速模型，根据伪失效寿命计算偏压应力 加速模型待估参数，进而根据所述偏压应力加速模型得到PCB在高温高湿条件不同偏压应 力下的绝缘寿命； 所述绝缘寿命计算模块，用于构建高温高湿条件与绝缘寿命的关系模型，根据所述关 系模型得到PCB在室温条件下的绝缘寿命。7. 根据权利要求6所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，其特征在 于，所述表面绝缘电阻值采集模块包括： 试验条件设定单元，用于将多块PCB放置在高低温湿热环境试验箱中，试验箱的温度设 定为Τ，湿度设定为RH; 退化试验单元，用于将多块PCB分为S组，S彡4，每组包括m块PCB，m彡3，i表示第i组，且 i = 1，2，…，S，将块数为m，n2，…，ns的PCB分别放在偏压应力水平为V!，V2，…，Vs下进行恒加 退化试验； 采集单元，用于每隔一段时间，测量并记录各PCB的表面绝缘电阻值。8. 根据权利要求6所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，其特征在 于，所述性能退化轨迹建模模块的具体实现为： 将所述性能退化轨迹模型中PCB的表面绝缘电阻值下降到预设失效临界值时对应的寿 命作为PCB的伪失效寿命。9. 根据权利要求7所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，其特征在 于，所述偏压应力建模模块包括： 失效寿命分布建模单元，用于构建PCB绝缘寿命分布模型^式 中，i = l，2,…，S，t表示绝缘寿命，ru表示特征寿命，ΠΗ表示形状参数，F(t)表示以t为变量的 函数； 在所述绝缘寿命分布模型中，将伪失效寿命当作绝缘寿命，采用最好线性不变估计方 法计算得到特征寿命ni和形状参数mi; 偏压应力加速模型构建单元，用于构建偏压应力加速模型为：式中，a，b表示待估参数，Vi表示偏压应力； 根据所述失效寿命分布建模单元中计算得到的特征寿命Hi，计算得出待估参数a和b; 高温高湿条件下绝缘寿命计算单元，用于利用构建的绝缘寿命分布模型和偏压应力加 速模型，计算PCB在高温高湿条件不同偏压应力下的绝缘寿命。10. 根据权利要求6所述一种基于加速退化试验的PCB绝缘寿命快速预测系统，其特征 在于，所述绝缘寿命预测模块包括： 绝缘寿命模型构建单元，用于构建绝缘寿命、温度和湿度的关系模型为：式中，t表示绝缘寿命，RH表示湿度，T表示温度，Ea表示激活能，k表示玻尔兹曼常数，m， η表示待估参数； 室温绝缘寿命计算单元，用于根据高温高湿条件下的绝缘寿命，计算得出室温条件下 的绝缘寿命。
【文档编号】G01R31/28GK105954667SQ201610265343
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】解传宁, 应华
【申请人】烟台大学