環(huán)境溫度對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線失效影響的分析及計(jì)算

1、環(huán)境溫度對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線失效影響的分析及計(jì)算摘 要飛機(jī)導(dǎo)線是飛機(jī)電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)的重要組成部分，它連接著飛機(jī)的各個(gè)位置的電力裝置，一旦失效，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)飛機(jī)電路的運(yùn)行受到影響。飛機(jī)導(dǎo)線的失效因素主要是由環(huán)境溫度造成的。本文通過失效物理分析的方法分析環(huán)境溫度對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線失效的影響，并建立導(dǎo)線壽命分布模型。分析了飛機(jī)導(dǎo)線在溫度作用下失效的阿倫尼斯方程的推導(dǎo)及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算方法，并對(duì)加速壽命實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法進(jìn)行了研究。根據(jù)加速壽命實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用matlab計(jì)算得到導(dǎo)線壽命模型相關(guān)參數(shù)，得到了導(dǎo)線失效率隨著溫度溫度的升高而增大的關(guān)系。關(guān)鍵詞：飛機(jī)導(dǎo)線，環(huán)境溫度，壽命模型，失效率Analysis and ca

2、lculation of plane wire failure by the effect of environmental temperatureAbstractThe plane conductor is an important part of aircraft electrical circuit, power device, the location of each connecting flight once failure, will cause the entire aircraft circuit operation affected. Failure factors of

3、aircraft wire is mainly caused by the environment. Through the failure physical analysis effect of environmental temperature on the airplane cable failure, and establish the model of life distribution. The computation method of parameters under temperature Allen nice equation analysis, research the

4、acceleration life test data analysis method. According to the accelerated life test data, calculation of related parameters are obtained by using MATLAB wire life model, relationship between wire failure rate increases with increasing temperature was obtained.Keywords: aircraft wiring; environment t

5、emperature; life model; failure rate目 錄摘 要iAbstractii第一章 引 言1第二章 飛機(jī)導(dǎo)線故障22.1 飛機(jī)導(dǎo)線故障綜述22.2 環(huán)境溫度對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線的影響32.2.1 溫度對(duì)導(dǎo)線的影響32.2.2 濕度對(duì)導(dǎo)線的影響32.2.3 冷熱溫度沖擊對(duì)導(dǎo)線的影響3第三章 導(dǎo)線失效率的計(jì)算方法研究53.1 基于Bradley-Terry模型導(dǎo)線失效率計(jì)算方法53.1.1 導(dǎo)線可靠性數(shù)據(jù)模型53.1.2 篩選專家評(píng)判結(jié)果63.1.3 模型的修正73.2 基于阿倫尼斯模型導(dǎo)線失效率計(jì)算方法83.2.1 阿倫尼斯模型數(shù)學(xué)推導(dǎo)83.2.2 阿倫尼斯模型特點(diǎn)10第四章

6、 加速壽命試驗(yàn)104.1 產(chǎn)品壽命介紹114.2 加速壽命試驗(yàn)介紹及目的114.2.1 加速模型介紹114.2.2加速壽命試驗(yàn)的目的124.3加速壽命試驗(yàn)內(nèi)容124.3.1 溫度加速124.3.2 溫濕度加速134.3.3 溫差加速134.3.4 高溫試驗(yàn)134.3.5低溫試驗(yàn)144.3.6 溫度沖擊144.3.7 冷熱沖擊試驗(yàn)與溫度循環(huán)試驗(yàn)的區(qū)別154.3.8 應(yīng)力循環(huán)沖擊154.4 飛機(jī)導(dǎo)線加速壽命試驗(yàn)17第五章 導(dǎo)線失效壽命分布模型195.1 壽命分布模型195.2 威布爾參數(shù)估計(jì)225.3 阿倫尼斯方程參數(shù)的計(jì)算235.3.1 形狀參數(shù)和尺度參數(shù)235.3.2 加速壽命方程24第六章

7、總結(jié)與展望25參考文獻(xiàn)26致 謝27第1章 引 言1.1 研究意義飛機(jī)導(dǎo)線是飛機(jī)電路的重要組成部分，作為飛機(jī)的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)線系統(tǒng)的重要作用之一是擔(dān)負(fù)著電力、信號(hào)的輸送和分配的任務(wù)。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，導(dǎo)線的體積和重量受到限制，通常使用直徑較小且絕緣層較薄的導(dǎo)線。在飛行過程中，導(dǎo)線常常遭受到化學(xué)污染、輻射、冷熱、電、振動(dòng)、摩擦、外力等因素的影響，其絕緣層非金屬材料會(huì)出現(xiàn)磨損、腐蝕、老化等缺陷，金屬材料也會(huì)受到腐蝕、氧化，最終導(dǎo)致電弧短路或者斷路的故障，同時(shí)其電子設(shè)備內(nèi)部電路特性也會(huì)隨之退化。其設(shè)備和線路的抗振、防潮和防腐能力均有所下降，從而使電子系統(tǒng)線路故障有普遍和多發(fā)的特點(diǎn)，并且很難發(fā)現(xiàn)，造成

8、供電中斷的嚴(yán)重后果。飛機(jī)導(dǎo)線連接著飛機(jī)的各個(gè)位置的電力裝置，所以一旦飛機(jī)導(dǎo)線失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)飛機(jī)電路的運(yùn)行受到影響。飛機(jī)及其部件導(dǎo)線故障是現(xiàn)代民用飛機(jī)常見的故障。由于廠家裝配不適當(dāng)?shù)脑蚧蛘唠S著機(jī)齡的增長，導(dǎo)線老化、腐蝕、磨損等原因，導(dǎo)線失效的故障發(fā)生比較頻繁。由于導(dǎo)線故障有隱蔽性的特點(diǎn)，因此這類問題嚴(yán)重威脅了飛行安全，影響了航班的正常運(yùn)作，同時(shí)也給航空公司造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。本文針對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線的失效機(jī)理進(jìn)行細(xì)致研究，針對(duì)老化機(jī)理和影響因素諸方面加以分析并采取相應(yīng)措施以減少故障的發(fā)生。通過本文的研究，可以對(duì)航空公司及相關(guān)飛機(jī)導(dǎo)線生產(chǎn)公司一些技術(shù)上的參考，以減少一些經(jīng)濟(jì)損失。1.2 影響導(dǎo)線失

9、效的因素?fù)?jù)統(tǒng)計(jì)，2002年，南方航深圳維修廠執(zhí)管的10架A320飛機(jī)中，就出現(xiàn)過多次導(dǎo)線故障，如起動(dòng)機(jī)導(dǎo)線束、P2/T2導(dǎo)線束和EEC導(dǎo)線束等故障，為此而安排飛機(jī)停場(chǎng)修理、更換導(dǎo)線達(dá)十多次，影響了該公司的正常航班運(yùn)營。根據(jù)導(dǎo)線故障發(fā)生的規(guī)律和維修行業(yè)的運(yùn)行特點(diǎn)，考慮到航空公司的成本、航班正常等因素，可以認(rèn)為：對(duì)于新飛機(jī)和部件，故障發(fā)生率較高與制造和修理廠家的制造工藝和技術(shù)水平有關(guān)，屬于航空公司不可控因素；機(jī)齡或使用時(shí)間較長的飛機(jī)和部件也因?yàn)橐恍┳匀坏牟豢煽匾蛩兀玳L期的高溫、污染、低壓、高頻振動(dòng)等等，其故障發(fā)生率也同樣處于一個(gè)較高的水平。飛機(jī)維修和工程人員要盡量降低導(dǎo)線故障對(duì)航空公司的影響，即

10、盡快進(jìn)入平穩(wěn)區(qū)和盡量延長平穩(wěn)區(qū)的時(shí)間。 根據(jù)導(dǎo)線故障發(fā)生的規(guī)律，可以采取主動(dòng)預(yù)防的方法，在導(dǎo)線故障發(fā)生之前就將故障隱患進(jìn)行糾正。首先，對(duì)于新飛機(jī)和部件進(jìn)行反復(fù)而仔細(xì)地檢查，盡早發(fā)現(xiàn)其中導(dǎo)線裝配上的問題并采取正確的方法進(jìn)行糾正來降低導(dǎo)線失效的概率。1.3 內(nèi)容安排本文對(duì)一下內(nèi)容進(jìn)行安排：1、 介紹影響導(dǎo)線失效的因素；對(duì)環(huán)境溫度影響下阿倫尼斯模型進(jìn)行推導(dǎo)。2、 對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線失效的壽命分布模型進(jìn)行研究。3、 對(duì)環(huán)境溫度下飛機(jī)導(dǎo)線加速壽命試驗(yàn)進(jìn)行研究。4、 對(duì)加速壽命試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算，得到環(huán)境溫度與導(dǎo)線失效之間的關(guān)系。第二章 飛機(jī)導(dǎo)線故障2.1 飛機(jī)導(dǎo)線故障綜述線路故障在飛機(jī)電氣系統(tǒng)故障中是較

11、為常見的一種，其表現(xiàn)形式各有不同，有指示儀表不穩(wěn)定，操控機(jī)械的不工作，信號(hào)不正常等。軍用機(jī)和民用機(jī)的機(jī)齡超過10年之后，深埋在結(jié)構(gòu)之中的總長可達(dá)幾百千米的電線開始產(chǎn)生裂紋和磨損。人們一度認(rèn)為這種故障影響不大，長期被忽視，但這種故障可在一架普通的飛機(jī)中出現(xiàn)幾百處之多，而且難檢測(cè)，其所產(chǎn)生的電弧和 電磁輻射可能是致命 的。飛機(jī)電線老化或絕緣層磨損是產(chǎn)生故障主要原因由于飛機(jī)本身的結(jié)構(gòu)限制，布線的空間和線路非常有限，大多數(shù)導(dǎo)線穿梭于各金屬構(gòu)架之間。當(dāng)飛機(jī)在空中長時(shí)間飛行，長時(shí)間的頻繁振動(dòng)可使電線互相頂住、頂在連接點(diǎn)處或任何其他硬表面時(shí)會(huì)擦破絕緣層。飛機(jī)維修時(shí)電線可能會(huì)被工人的鉗子弄出缺口，或使它們 以

12、超過容許的半徑彎曲都會(huì)破壞電線絕緣層。絕緣層的損壞可使銅暴露，引起電弧、短路以及電磁輻射與干擾。飛機(jī)導(dǎo)線的絕緣層通常厚0.52mm由聚酰亞胺、聚氯乙烯、尼龍、聚酯或聚四氟乙烯等材料構(gòu)成。飛機(jī)在航行中，由于高空和地面溫差，機(jī)內(nèi)導(dǎo)線周圍會(huì)凝結(jié)很多濕氣，長期在這種濕氣中，絕緣層會(huì)變脆，產(chǎn)生小裂紋，從而使更多的濕氣進(jìn)入。濕電弧開始沿這些裂紋流過，但因所產(chǎn)生的斷續(xù)的電弧太小，不能使普通的斷路器跳閘，甚至不會(huì)對(duì)沿電線的信號(hào)傳遞產(chǎn)生干擾 。普通的斷路器是熱敏雙金屬元件，只有在大電流通過電路時(shí)有足夠長的時(shí)間使該元件加熱時(shí)才跳閘。這種功率可能為額定電流1000%，持續(xù)0.35到0.8秒。比較起來，單電弧故障可能

13、只持續(xù)1.25毫秒，而一系列故障事件可能持續(xù)2030毫秒。這些電弧故障持續(xù)時(shí)間太短，不能使斷路器跳閘，但可使電線產(chǎn)生災(zāi)難性的局部故障，可在未觸動(dòng)斷路器的情況下引發(fā)火災(zāi)。而且，小電弧會(huì)使絕緣炭化，而炭又是良導(dǎo)體，一旦積累足夠的炭，就有可能產(chǎn)生大的爆炸性閃光，暴露的電線也會(huì)滲出熔化的金屬。Letromec公司的工程師們?cè)鴮?duì)一架退役的波音747、A 300、L- 1011和兩架DC-9的電線進(jìn)行過測(cè)試，這些飛機(jī)的機(jī)齡 都超過20年。測(cè)試 結(jié)果是：L-1011 每 1000m電線中有13個(gè)裂紋，而其中一架DC-9飛機(jī)的1000m電線中有1.6 個(gè)裂 紋L-1011約有240km電線，裂紋總數(shù)超過300

14、0個(gè)，每個(gè)裂紋都可能產(chǎn)生災(zāi)難性的電弧。美國運(yùn)輸安全委員會(huì)（N TSB ）1996年對(duì)環(huán)球航空公司800次航班墜毀事故漫長的調(diào)查后斷定，事故原因是電線短路火花造成其中心機(jī)翼油箱爆炸。某些設(shè)計(jì)中的飛機(jī)，如美國空軍使用的B-52是19611962年制造的，預(yù)計(jì)可飛到2045年737飛機(jī)于1968年投入航線運(yùn)營，傳統(tǒng)型波音737分 100/200/300/400/500型五種，目前均已停止生產(chǎn)。A 320系列飛機(jī)1988年獲適航證并交付使用。我國內(nèi)地正在運(yùn)營的民航客機(jī)中，波音737-300和A320系列占了很大的比例，部分飛機(jī)已漸漸進(jìn)入老齡化。更新而不是更換老飛機(jī)已成為省錢的普遍做法?？偟膩碚f，飛機(jī)內(nèi)

15、部導(dǎo)線會(huì)因?yàn)闄C(jī)齡，或?qū)λ?、紫外線、溫度、振動(dòng)和過載的暴露，以及在正常使用和維修期間所受的應(yīng)力等而老化。機(jī)齡超過20年的飛機(jī)肯定存在電線問題，其中許多問題是在例行維修期間發(fā)現(xiàn)的。更換電線系統(tǒng)也是非?；ㄥX的事情，一架典型的飛機(jī) 的電線更換費(fèi)用為100萬500萬美元。飛機(jī)電線的維修成本也相當(dāng)高，據(jù)估計(jì)，美國海軍每年在飛機(jī)電線系統(tǒng)排故和修理方面 要花費(fèi)180萬人時(shí)。由此可見，降低飛機(jī)電線故障維修成本的關(guān)鍵在于選用快速多功能的測(cè)試儀表對(duì)電線故障進(jìn)行分析定位，從而減少飛機(jī)故障停場(chǎng)時(shí)間。2.2 影響飛機(jī)導(dǎo)線失效的原因2.2.1 接觸失效1、導(dǎo)線的電接觸是由接觸對(duì)來實(shí)現(xiàn)的，接觸對(duì)又是由插孔和插針組成的，插孔是

16、彈性零件，其質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)接觸是否良好起著決定性的作用。當(dāng)插針插入插孔時(shí)，插孔產(chǎn)生彈性變形，對(duì)插針產(chǎn)生接觸壓力，接觸壓力的大小及其穩(wěn)定性，對(duì)電接觸產(chǎn)生直接影響。接觸壓力的不穩(wěn)定或減小，引起電接觸不穩(wěn)定。甚至在一定機(jī)械應(yīng)力作用下造成瞬斷。插孔插入指針后，孔給針一個(gè)接觸壓力，而針反過來對(duì)孔產(chǎn)生一個(gè)反作用力，插孔長期受到這反作用力的作用，會(huì)逐漸產(chǎn)生永久變形出現(xiàn)應(yīng)力松弛、彈性疲勞現(xiàn)象。在長期高溫負(fù)載的條件下，插孔也會(huì)出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，其結(jié)果使得孔對(duì)針之間的接觸壓力逐漸減小。當(dāng)接觸壓力小到一定限度后，接觸電阻隨接觸壓力減小而增大，最后造成接觸不良。2、為了改善接觸對(duì)的導(dǎo)電性能，減小接觸電阻，使接觸穩(wěn)定。一般要

17、在銅合金加工的接觸對(duì)的表面鍍銀，接觸對(duì)的鍍銀層在貯存和使用過程中，遇到空氣中的有害工業(yè)氣體再加上空氣中一定的潮溫度(相對(duì)濕度在65%以上時(shí))，接觸對(duì)表面鍍銀層就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)腐蝕。在鍍銀層表面生成硫化物(黑色)或氧化物(棕黃色)。4Ag+2H2S+O2=2AgS2+2H2O2Ag+SO2+2H2=AgS2+2H2O4Ag+O2=2Ag2O隨時(shí)間的增加，這層化合物膜層也會(huì)增厚，使鍍銀層表面逐漸失去光澤而銹蝕變色。接觸對(duì)受到腐蝕后，生成的這層化合物電阻率很大，覆蓋到銀層表面。在接觸壓力小到難以擦破這層薄膜，或接觸對(duì)工作在低電平場(chǎng)合，小信號(hào)的弱電流或低電壓小到難以擊穿這層薄膜時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)接觸

18、電阻增大，電接觸不良及接觸斷開，信號(hào)通不過的現(xiàn)象。3、接觸對(duì)在長期高溫作用下，鍍銀層硫化或氧化反應(yīng)的速度加快，膜層蔓延速度加快。由于接觸對(duì)鍍銀層受到腐蝕，接觸對(duì)表面狀態(tài)發(fā)生了改變。逐步由鍍銀層與鍍銀層的接觸，轉(zhuǎn)變到銀的化合物(主要是銀的硫化物和氧化物)與銀的化合物的接觸。隨著膜層增厚，接觸狀態(tài)改變，使接觸電阻產(chǎn)生紊亂性增加。4、為了防止接觸對(duì)的氧化和硫化腐蝕造成的接觸不良，往往在接觸對(duì)表面鍍金；黃金是生成氧化物最少的一種金屬，通常在金的表面吸附了一層氧，雖然第二層氧化物也隨之產(chǎn)生，但強(qiáng)度很弱，在輕微的接觸壓力作用下就能去掉，對(duì)其導(dǎo)電性能沒有影響；另外，也不會(huì)受到H2S和SO2等氣體的腐蝕，在任

19、何惡劣的環(huán)境中都能保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性。但在我們長期貯存和長期工作壽命試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)鍍了金的接觸對(duì)表面也會(huì)變色發(fā)黑。這是由于鍍金層結(jié)晶成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且鍍金層很薄，在鍍金過程中不可避免地會(huì)在鍍金層中出現(xiàn)一些微孔和裂紋。5、導(dǎo)線插合分開時(shí)，插針與插孔之間在一定的接觸壓力作用下，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦，摩擦力的大小為：F=接觸壓力p摩擦系數(shù)u在摩擦過程中，會(huì)出現(xiàn)接觸表面的光潔度損傷，幾何形狀改變、擦傷、粘連、產(chǎn)生磨屑，材料轉(zhuǎn)移等，同時(shí)還伴隨有熱量產(chǎn)生。隨著插拔次數(shù)的增加，插針插孔的表面鍍層金屬被磨損，露出基底金屬，在周圍環(huán)境作用下產(chǎn)生腐蝕，形成接觸不良。接觸對(duì)表面磨損的程度與接觸壓力的大小，接觸摩擦

20、部位表面光潔度，接觸對(duì)表面鍍層品種、硬度、質(zhì)量、接觸對(duì)導(dǎo)向部位圓角是否光滑以及插孔接觸部位幾何形狀等因素有關(guān)。在接觸壓力大，插針頭部及插孔內(nèi)孔口部圓角連接差，接觸部位粗糙度高，鍍層材料硬度低，鍍層質(zhì)量差的情況下，接觸對(duì)磨損更為嚴(yán)重。電連接器的插拔壽命也低，接觸穩(wěn)定性也差。6、插針由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，在沖制成形時(shí)焊線槽根部圓角太小，材料變形量大，產(chǎn)生應(yīng)力集中，以致在內(nèi)應(yīng)力的作用下出現(xiàn)斷裂。2.2.2 絕緣失效1、有的導(dǎo)線的絕緣材料，如酚醛塑料，其吸水性極大，在潮濕的環(huán)境中長期貯存和使用時(shí)，水分子不僅附著在絕緣材料表面，而且還能沿材料的毛細(xì)孔滲透到絕緣體內(nèi)部。在交變潮熱的情況下，再加上毛細(xì)孔作用，

21、絕緣材料吸潮更為嚴(yán)重。由于絕緣體表面和內(nèi)部都有水分子，使得它的表面電阻和體積電阻都下降，從而使整個(gè)絕緣電阻大大下降。2、絕緣安裝板的原材料中混有金屬屑，磁選時(shí)未清除干凈，在壓制成形時(shí)金屬屑鑲嵌在安裝板中。3、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成組裝后的產(chǎn)品內(nèi)有金屬多余物，這種金屬多余物縮短了絕緣有效距離，降低了絕緣電阻和抗電強(qiáng)度，最易使絕緣體擊穿。4、導(dǎo)線在插拔過程中，接觸對(duì)被磨損后掉下來的金屬磨屑附著在絕緣安裝板表面。此外，電連接器在潮濕并加極化電壓的情況下，在電位差作用下形成電解場(chǎng)，產(chǎn)生鍍層金屬離子遷移現(xiàn)象，其結(jié)果也減少了絕緣有效距離，降低了絕緣電阻和抗電強(qiáng)度。5、導(dǎo)線在生產(chǎn)制造或貯存使用過程中，由

22、于環(huán)境清潔條件差，使灰塵及其它污物粘附在絕緣安裝板表面，以使接點(diǎn)之間，接點(diǎn)與外殼之間的絕緣電阻和抗電強(qiáng)度降低。6、固定絕緣板的漲圈，受到多次溫度沖擊，鍍鋅層由于急劇熱脹冷縮，引起大塊的起泡或脫落，嚴(yán)重時(shí)形成外殼與接點(diǎn)之間的短路，造成絕緣失效。7、導(dǎo)線的接觸對(duì)由絕緣安裝板固定其相互位置，接觸對(duì)之間，接觸對(duì)與外殼之間由絕緣板和空氣隙組成，絕緣板的絕緣抗電強(qiáng)度一般比空氣隙高，因此在正常條件和低氣壓條件下，電擊穿通常首先發(fā)生在空氣隙中，特別是在尖角棱邊處空氣隙擊穿產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫將附近的絕緣材料表面燒焦碳化而短路，造成絕緣失效。2.2.3 機(jī)械連接失效的主要原因1、電連接器在使用連接到位后，還

23、過力緊固，造成部件損壞，連接卡死，或者使用中不慎跌落，造成外殼變形，螺紋損傷。連接器頭座不能連接。2、絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度差，特別是抗沖擊性能差，安裝板的臺(tái)階薄，內(nèi)臺(tái)圓角半徑過小，安裝板塑壓成形后，卸模冷卻的過程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在運(yùn)輸過程中受到?jīng)_擊碰撞外力作用，而使安裝板開裂掉塊。3、導(dǎo)線的針孔接觸部位長，在連接螺帽旋開后，插針與插孔還未完全脫離接觸。為了克服插孔對(duì)插針的分離力，需用人力硬將插頭從插座撥出，在插拔過程中頭與座的中心偏斜，插針頭部將安裝板孔周圍的塑料崩落下來，造成安裝板掉塊。5、導(dǎo)線在長期潮濕條件下，絕緣板吸潮膨脹，或在過高的溫度下，絕緣板軟化變形，幾何形狀和尺寸發(fā)生了改變，使

24、得頭與座無法配合或分離，不能插拔造成連接失效。6、導(dǎo)線接觸對(duì)的可焊性差。2.2.4 環(huán)境溫度對(duì)飛機(jī)導(dǎo)線的影響1、溫度對(duì)導(dǎo)線的影響當(dāng)討論產(chǎn)品壽命時(shí),一般采用0規(guī)則的表達(dá)方式。具體應(yīng)用時(shí)可以表達(dá)為“10規(guī)則”等，當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少一半；當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少到四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響導(dǎo)線壽命（失效）的。高溫對(duì)導(dǎo)線的影響：老化、氧化、化學(xué)變化、熱擴(kuò)散、電遷移、金屬遷移、熔化、汽化變型等。低溫對(duì)導(dǎo)線的影響：脆化、結(jié)冰、粘度增大和固化、機(jī)械強(qiáng)度的降低、物理性收縮等。2、濕度對(duì)導(dǎo)線的影響高溫高濕條件作用試驗(yàn)樣品上，可以構(gòu)成水氣吸附、吸收和擴(kuò)散等作

25、用。許多材料在吸濕后膨脹、性能變壞、引起物質(zhì)強(qiáng)度降低及其他主要機(jī)械性能的下降，吸附了水氣的絕緣材料不但會(huì)引起電性能下降，在一定條件下還會(huì)引發(fā)各種不同的失效，是影響電子產(chǎn)品最主要的失效環(huán)境。濕度對(duì)導(dǎo)線的影響：腐蝕、離子遷移、擴(kuò)散、水解、爆裂、霉菌、3、冷熱溫度沖擊對(duì)導(dǎo)線的影響高溫和低溫的失效都會(huì)反映在冷熱溫度沖擊試驗(yàn)中，冷熱沖擊試驗(yàn)只是加速了高溫和低溫失效的產(chǎn)生。下面歸納了實(shí)際生產(chǎn)或使用環(huán)境中存在的具有代表性的冷熱溫度沖擊環(huán)境，這些冷熱沖擊環(huán)境常常是導(dǎo)致導(dǎo)線失效的主要原因。（1）設(shè)備可能在溫度較低的環(huán)境中連接到電源上，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生陡峭的溫度梯度。在溫度較低的環(huán)境中切斷電源可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)

26、生相反方向陡峭的溫度梯度；（2）設(shè)備可能會(huì)因?yàn)榻涤甓蝗焕鋮s；（3）當(dāng)航空器起飛或者降落時(shí)，航空器機(jī)載外部器材可能會(huì)出現(xiàn)溫度的急劇變化。 2.3 基于阿倫尼斯模型導(dǎo)線失效率計(jì)算方法2.3.1 阿倫尼斯模型數(shù)學(xué)推導(dǎo)產(chǎn)品的特性退化直至失效，是由于構(gòu)成其物質(zhì)的原子或分子因化學(xué)或物理原因隨時(shí)間變化發(fā)生了不良的變化（反應(yīng)）。這種變化或反應(yīng)的結(jié)果使變化積累到一定程度就發(fā)生失效。失效就是產(chǎn)品壽命的終結(jié)。所以反應(yīng)速度越快，壽命越短。1889年阿倫尼斯在研究溫度對(duì)酸催化蔗糖水轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基礎(chǔ)上總結(jié)出：某產(chǎn)品性能退化速率與激活能的指數(shù)成反比。其表達(dá)式為： (2-12)式中，M為產(chǎn)品某特性值的退化量；M/t表示溫度在

27、T(熱力學(xué)溫度)時(shí)的退化速率，退化速率是時(shí)間t的線性函數(shù)；玻耳茲曼常數(shù)k=8.61710-5 eV/；T為絕對(duì)溫度；A0為常數(shù)；t為反應(yīng)時(shí)間；E為失效機(jī)理激活能，以eV為單位，對(duì)同一類產(chǎn)品的同一種失效模式為常數(shù)。令產(chǎn)品初始狀態(tài)的退化量為M1，對(duì)應(yīng)時(shí)間為t1；另一狀態(tài)的退化量為M2，對(duì)應(yīng)時(shí)間為t2。那么，當(dāng)溫度T為常數(shù)時(shí)，從t1t2的累積退化量： (2-13)得 (2-14)令t=t2-t1 得t=(M2-M1)/A0exp(DE/kT) (2-15)當(dāng)退化量M2達(dá)到某個(gè)值Mp時(shí)，則認(rèn)為該器件失效，而影響到由產(chǎn)品構(gòu)成設(shè)備的性能參數(shù)或工作。這時(shí)的時(shí)間差(t2-t1)就是產(chǎn)品從t1開始延續(xù)的壽命L。

28、即 (2-16)令A(yù)=ln(Mp-M1)/A0，B=DE/k，得lnL=A+(B/T)。式中，A，B是待定參數(shù)；L為某壽命特征，如中位壽命，平均壽命等。lnL=A+(B/T)是線性化的壽命與溫度的關(guān)系模型，它符合化學(xué)反應(yīng)器件的壽命L與溫度T的關(guān)系。該模型表明，壽命特征的對(duì)數(shù)是溫度倒數(shù)的線性函數(shù)。當(dāng)在不同溫度T1，T2下，經(jīng)過時(shí)間t1，t2后特性值或退化量相同，可利用(2-1)式推出加速系數(shù)公式 (2-17)上式是基于退化量相同導(dǎo)出的。目前，國內(nèi)外比較成熟的加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法都是基于失效數(shù)據(jù)的。對(duì)于長壽命產(chǎn)品，在很長的時(shí)間內(nèi)極少出現(xiàn)失效現(xiàn)象，因此傳統(tǒng)的基于失效數(shù)據(jù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法在應(yīng)用時(shí)

29、會(huì)遇到很多困難。2.3.2 阿倫尼斯模型特點(diǎn)阿倫尼斯模型有下述特點(diǎn)：(1) 該模型反映的是產(chǎn)品某特性量與激活能和所施加應(yīng)力的關(guān)系；(2) 阿倫尼斯模型使用的壽命與溫度的表達(dá)形式及加速因子都是基于退化量相同導(dǎo)出的。這就為加速壽命試驗(yàn)提供了另外一條途徑，即利用某性能參數(shù)或特征量退化數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行評(píng)定、推斷。第三章 導(dǎo)線失效壽命分布模型在可靠性研究中，一般都認(rèn)為電子元器件在工作過程中產(chǎn)生的失效是偶然的，其壽命服從指數(shù)分布，電連接器也不例外，這是因?yàn)橹笖?shù)分布：有時(shí)能得出一個(gè)盡管粗糙但有用的結(jié)果：因長期使用而被神化；僅有一個(gè)分布參數(shù)，而且此參數(shù)是常用的可靠性特征值一失效率或平均壽命；數(shù)據(jù)分析處理

30、方法比其它分布都要來得簡(jiǎn)單。但是，在工程實(shí)際中，大約僅有15的電子產(chǎn)品壽命可用指數(shù)分布恰當(dāng)?shù)丶右悦枋觥Q句話講，約有85的電子產(chǎn)品其壽命不服從指數(shù)分布，其原因是電子元器件的失效分布不僅與失效模式：失效機(jī)理和器件結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與其承受的應(yīng)力和工作環(huán)境等諸多因素有關(guān)，而指數(shù)分布僅含一個(gè)參數(shù)，就難以在各種條件下恰當(dāng)?shù)乜坍嬰娪柙骷目煽啃詨勖卣鳌?.1 壽命分布模型對(duì)于飛機(jī)導(dǎo)線來講，環(huán)境應(yīng)力作用下，考慮其主要失效模式，只要其中有一根導(dǎo)線失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)線路失效，因此，從功能上看，整個(gè)線路如同一個(gè)由一系列導(dǎo)線對(duì)組成的串聯(lián)系統(tǒng)，其壽命分布是一個(gè)最小極值問題。假定整個(gè)線路有n條導(dǎo)線，第i條導(dǎo)線的壽命為T

31、i (i=1，2，n)，每條導(dǎo)線的壽命分布都為Fe(t)，即Ti為服從于Fe(t) (i=1，2，n)的隨機(jī)變量，并假設(shè)T1，T2，.,Tn是相互獨(dú)立的?，F(xiàn)記T(l)為導(dǎo)線壽命T1，T2，.,Tn中的最小值，即： T(l)=minT1，T2，.,Tn （3-1）我們的目標(biāo)是求得導(dǎo)線的壽命分布，而整個(gè)線路的壽命也就是所有導(dǎo)線中性能最差的導(dǎo)線的壽命，也就是T(l)，因此，我們的目標(biāo)就轉(zhuǎn)化為求T(l)的分布。 先看T(l)t的概率。事件T(l)t就是T1tT2t.Tnt，這是因?yàn)門(l)是T1，T2，.,Tn中的最小者，如果最小者T(l)t，則T1，T2，.,Tn中任何一個(gè)都應(yīng)該大于t，因此，有：

32、PT(l)t=P(T1tT2t.Tnt) （3-2）根據(jù)假定T1，T2，.,Tn是相互獨(dú)立的，則有：PT(l)t=PT1tPT2t.PTnt （3-3）因?yàn)榉植己瘮?shù)Fe(t)，有：Fe(ti)=1 - PTit (i=1，2，n) （3-4）又因?yàn)門i都服從同一個(gè)分布Fe(t)，則Fe(t)=1 - PTit (i=1，2，n) （3-5）代入式PT(l)t=PT1tPT2t.PTnt得PTit=1 - Fe(t)n （3-6）因此T(l)的分布函數(shù)為： （3-7）式(3-24)稱為最小極值分布函數(shù)，也就是導(dǎo)線的接觸壽命分布函數(shù)。其次考慮導(dǎo)線的壽命分布Fe(t)。由于接觸對(duì)隨著高溫作用時(shí)間的增

33、加，磨損腐蝕物(為具有可比性此腐蝕物假定為單位面積上的)的體積逐漸增大。令Vi (i=l，2，n)表示第i次磨損循環(huán)后的腐蝕物體積，顯然V1V2V3 .0） （3-12）如果用v表示磨損氧化物的體積量，即退化量(或特性值)，t為時(shí)間，K為反應(yīng)速度，即退化速度，則有：式中，K系反應(yīng)速度常數(shù)，取決于環(huán)境溫度的大小，與時(shí)間無關(guān)。通過積分并考慮邊界條件可得腐蝕物體積v與時(shí)間t的關(guān)系為：v=Kt則v=Kt，代入式(3-12)，因?yàn)関=Kt為一嚴(yán)格的單調(diào)函數(shù)，所以有 （3-13）再令，那么上式可寫為：（t0） （3-14）此式的物理意義為：當(dāng)時(shí)間為t時(shí)腐蝕物體積v的概率密度。由于腐蝕物體積越大，接觸電阻越

34、大，導(dǎo)線產(chǎn)生接觸失效的可能性也大，因此，式(3-14)即為導(dǎo)線的失效分布概率密度函數(shù)。由此可得，導(dǎo)線的壽命分布函數(shù)為：（t0） （3-15）然后，若將式(3-30)代入式(3-24)，得到嚴(yán)格的導(dǎo)線壽命分布函數(shù)表達(dá)式，但難以計(jì)算。不過，在式(3-24)中，當(dāng)n時(shí)，若Fe(t)左端尾部無界，趨向于I型極小值分布 （3-16）即通常所說的極小值分布，式中為位置參數(shù)，為尺度參數(shù)；Fe(t)沒有有限矩，則趨向于II型極小值分布；若Fe(t)左端尾部有界，且滿足 （c, a0）時(shí)，趨向于II型極小值分布： （3-17）即兩參威布爾分布。式中：m為形狀參數(shù)，為尺度參數(shù)或特征壽命。3.2 威布爾參數(shù)估計(jì)整理

35、式(3-33)，并對(duì)方程兩邊取兩次對(duì)數(shù)后可得： （3-18）令 （3-19）則有線性方程： （3-20）利用恒定應(yīng)力Ti的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將失效時(shí)間tj按照從小到大的順序排列，累積失效概率F（tj）按以下中位秩公式計(jì)算： (j=1，2，.，ni) （3-21）因此得到一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： (j=1，2，.，ni) （3-22）根據(jù)式（3-19），則式（3-20）可轉(zhuǎn)化為： （3-23）采用最小二乘法對(duì)式（3-23）的數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，擬合直線的系數(shù)ai，bi(i=1，2，.，n)分別為： （3-24）由式（3-19）、（3-24）可得在溫度應(yīng)力Ti下的形狀參數(shù)mi、尺度參數(shù)（特征壽命）為：mi =ai ，

36、 （3-24）3.4 導(dǎo)線失效率預(yù)計(jì)研究由于在同一類型應(yīng)力作用下，導(dǎo)線的失效機(jī)理是不變化的，所以在不同應(yīng)力水平下導(dǎo)線失效服從的威布爾分布形狀參數(shù)是不變的。針對(duì)5.2節(jié)中建立的三種形式的環(huán)境應(yīng)力-導(dǎo)線失效壽命模型，可以通過對(duì)導(dǎo)線失效數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得到其壽命分布參數(shù)，再結(jié)合回歸分析方法從而獲得相應(yīng)環(huán)境-應(yīng)力模型的完整表達(dá)形式。然而，常態(tài)下無法獲得完整的導(dǎo)線失效數(shù)據(jù)。在研究過程中常采用加速壽命試驗(yàn)的方法獲得其失效數(shù)據(jù)。3.4.1形狀參數(shù)及特征壽命的求取方法導(dǎo)線失效率函數(shù)符合威布爾分布，通常通過實(shí)驗(yàn)方法獲得其威布爾分布的形狀參數(shù)m及特征壽命參數(shù)。二參數(shù)威布爾分布的極大似然公式如下： （3-25）其中，m

37、為形狀參數(shù)， 為特征壽命參數(shù)，n為測(cè)試的樣本數(shù)，為樣品失效數(shù)，為截止的失效時(shí)間，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為t1t2，對(duì)于定數(shù)截尾壽命實(shí)驗(yàn)規(guī)定=。該公式適用于定時(shí)截尾，定數(shù)截尾以及全壽命截尾的樣本測(cè)試方法。加速壽命試驗(yàn)的主要目的是為了估計(jì)正常應(yīng)力水平下的壽命分布，這可以通過外推加速應(yīng)力下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到。因此需要一個(gè)關(guān)于壽命和加速應(yīng)力間關(guān)系的模型，通常稱此模型為加速模型。一般加速壽命模型可分為三類。物理模型，其一般表征某種具體失效機(jī)理的情況，不能用于其他失效機(jī)理；類物理模型，該模型并不基于某種特定的失效機(jī)理，而是建立在產(chǎn)品失效的一般性規(guī)律基礎(chǔ)上，它比物理模型應(yīng)用廣泛，比經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏?zhǔn)確。阿倫尼斯模型就是基于溫度影響原

38、子擴(kuò)散建立的類物理模型。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，不了解產(chǎn)品的失效機(jī)理時(shí)只能通過數(shù)據(jù)擬合得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在使用此方法外推時(shí)具有較大的不確定性。本實(shí)驗(yàn)對(duì)溫度、振動(dòng)及其混合作用采用的是類物理模型。加速壽命試驗(yàn)類型按照施加應(yīng)力的方式，分為恒加、步進(jìn)及序進(jìn)應(yīng)力加速壽命，本實(shí)驗(yàn)擬在不同溫度和機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力條件下對(duì)導(dǎo)線開展恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)不同溫度和機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力條件下的導(dǎo)線威布爾分布函數(shù)中的參數(shù)（m和），從而獲得不同溫度和機(jī)械振動(dòng)應(yīng)力條件下導(dǎo)線壽命分布密度函數(shù)和導(dǎo)線的失效率函數(shù)。從恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到m和極大似然估計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程：設(shè)導(dǎo)線正常的應(yīng)力水平為S0（表示溫度應(yīng)力或機(jī)械振動(dòng)

39、應(yīng)力），k個(gè)恒定加速度應(yīng)力水平為S1，S2，.，Sk，并且S1S2.Sk。隨機(jī)抽取被測(cè)導(dǎo)線總樣本中的k個(gè)子樣本，每個(gè)子樣本的樣本容量分別為n1，n2，.，nk；第i個(gè)子樣本在恒定加速應(yīng)力水平Sk下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，設(shè)該組的ni個(gè)樣品有ri個(gè)失效，該組導(dǎo)線失效時(shí)間依次為：。第四章 加速壽命試驗(yàn)4.1 產(chǎn)品壽命介紹產(chǎn)品的壽命（包括使用壽命 ）取決于環(huán)境、材料、結(jié)構(gòu)、裝配、 加工等多種應(yīng)力因素。因此，要得到產(chǎn)品壽命的可靠性規(guī)律應(yīng)當(dāng)在實(shí)際使用條件下考核。在產(chǎn)品的研發(fā)階段，就必須對(duì)產(chǎn)品的壽命可靠性規(guī)律有一定的掌握，才能設(shè)計(jì)好維修性體系，確定壽命周期成本（LCC）。用實(shí)際使用條件下幾年甚至幾十年試驗(yàn)得出壽命的

40、可靠性規(guī)律顯然是等不及的，也是不現(xiàn)實(shí)的。一種常用的方法是相似產(chǎn)品法，用相似產(chǎn)品的壽命可靠性規(guī)律來估計(jì)正在研 發(fā)的產(chǎn)品的壽命可靠性規(guī)律；另一種常采用的方法是用一、兩個(gè)關(guān)鍵應(yīng)力的加速壽命試驗(yàn)結(jié)果，外推估計(jì)本產(chǎn)品在使用條件下的壽命可靠性。由于應(yīng)力 種類很多，采用一、兩個(gè)（例如溫度、電壓等）應(yīng)力的加速壽命試驗(yàn)結(jié)果只是其中的一部分，加之應(yīng)力壽命的數(shù)學(xué)模型一般都較粗糙，因此外推結(jié)果有相當(dāng)?shù)钠睢＠鐚?duì)于某些航空產(chǎn)品來說，如果外推估計(jì)的誤差在30%以內(nèi)，已經(jīng)算是相當(dāng)好了。又如對(duì)裂紋擴(kuò)展壽命的數(shù)學(xué)模型Paris公式，美國機(jī)械學(xué)會(huì)推薦安全系數(shù)為20，即如果該模型外推應(yīng)力循環(huán)6 次，則認(rèn)為該產(chǎn)品的使用壽命為5次。

41、在產(chǎn)品研發(fā)階段必須對(duì)一、兩種關(guān)鍵應(yīng)力做加速壽命試驗(yàn)外推壽命的可靠性規(guī)律，與相似產(chǎn)品法一起估算，作為維修性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，又必須做使用條件下的壽命試驗(yàn)，并收集現(xiàn)場(chǎng)壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用實(shí)際的壽命可靠性規(guī)律修正原來的估算，修訂維修性計(jì)劃。 4.2 加速壽命試驗(yàn)介紹及目的加速壽命試驗(yàn)的基本思想是利用高應(yīng)力下的壽命特征去外推正常應(yīng)力水平下的壽命特征。實(shí)現(xiàn)這個(gè)基本思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，利用這個(gè)關(guān)系實(shí)現(xiàn)外推正常水平下壽命特征目的。這種壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系就是加速模型，又稱加速方程。4.2.1 加速模型介紹加速模型可分為物理加速模型和數(shù)學(xué)加速模型。物理加速模型是通過

42、失效機(jī)理相關(guān)的物理原理推導(dǎo)得到的加速模型。物理加速模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式為已知，知識(shí)模型參數(shù)待定，因此物理加速模型的加速壽命試驗(yàn)的基本任務(wù)就是通過試驗(yàn)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。數(shù)學(xué)加速模型通常適用于多環(huán)境因素的加速壽命試驗(yàn)，通過壽命特征與應(yīng)力因素的多項(xiàng)式回歸來建立加速模型。物理加速模型中最典型、應(yīng)用最廣的是反應(yīng)速度模型。這類故障發(fā)生的原因是由于氧化、析出、電解、擴(kuò)散、蒸發(fā)、磨損和疲勞等因素。一般來說，當(dāng)產(chǎn)品有害反應(yīng)持續(xù)到一定限度，故障隨即產(chǎn)生。反應(yīng)速度論模型很多，阿倫尼斯(Arrhenius)模型是最典型、應(yīng)用最廣的加速模型。4.2.2加速壽命試驗(yàn)的目的半導(dǎo)體工藝技術(shù)的創(chuàng)新在近幾年盲目的推進(jìn)。此外，用于

43、要求縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。作為產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品可靠性處于相同的情況，必須在短時(shí)間內(nèi)知道可靠性特征?；谶@種情況下加速的壽命試驗(yàn)是通過最小樣品尺寸和最短的測(cè)試時(shí)間來知道可靠性的方法。JIS標(biāo)準(zhǔn)定義“加速試驗(yàn)”是“為了縮短測(cè)試時(shí)間執(zhí)行比標(biāo)準(zhǔn)條件更嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行的測(cè)試”。在嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行測(cè)試可用少點(diǎn)樣品在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)市場(chǎng)失效率，因而減少要求的時(shí)間和費(fèi)用證實(shí)可靠性。4.3加速壽命試驗(yàn)內(nèi)容4.3.1 溫度加速溫度對(duì)半導(dǎo)體的壽命影響是很大的，因此使用溫度加速壽命的加速試驗(yàn)的最常見的方法。溫度基于的反應(yīng)是由空氣統(tǒng)一，空氣模型被廣泛用于半導(dǎo)體產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)這種空氣模型公式表示如下： （3-1）其中：壽命；Ea：活化

44、能 (eV)；T：絕對(duì)溫度 (K)；A：常量；K：波爾茲曼系數(shù)。上述公式顯示半導(dǎo)體壽命取決于半導(dǎo)體受到的溫度。加速的測(cè)試?yán)眠@一特性被稱為溫度加速測(cè)試不過例如一些因?yàn)闊彷d體的影響導(dǎo)致的失效(高能源載體產(chǎn)生的電場(chǎng)捕捉的柵氧化膜的現(xiàn)象)可能有負(fù)面的活化能值。當(dāng)加速這些類型的失效，作為溫度測(cè)試增加試驗(yàn)效果是減少的。4.3.2 溫濕度加速大規(guī)模集成電路在高溫高濕環(huán)境為了解暴露在高溫、 高濕下進(jìn)行測(cè)試半導(dǎo)體的壽命。高溫高濕偏壓測(cè)試，蒸汽壓力測(cè)試，溫濕度環(huán)境應(yīng)力高加速試驗(yàn)等，通常都被用于濕度加速試驗(yàn)。濕度很少被用作確認(rèn)防潮的唯一加速因子，而一般應(yīng)用溫度和濕度應(yīng)力的組合。這為了促進(jìn)濕度（水）的反應(yīng)，并導(dǎo)致增

45、加濕度壽命的加速。濕度相關(guān)壽命的一半公式表示如下：其中：壽命；A，n：常量。一直沒有關(guān)于濕度相關(guān)壽命的標(biāo)準(zhǔn)化公式，與每個(gè)制造商使用他們自己的特征常數(shù)對(duì)加速的壽命計(jì)算結(jié)果。特別是與濕度加速度增加至約 100%為加速目的相對(duì)濕度可能會(huì)導(dǎo)致樣品冷凝，使它不可能確定原始的抗潮濕壽命。因此必須給予溫濕度控制做過的關(guān)注。4.3.3 溫差加速半導(dǎo)體包括各種各樣的材料的組合，并且這些材料的熱膨脹系數(shù)也廣泛的變化。每次器件經(jīng)歷溫差因每種材料的熱脹系數(shù)之間的差異導(dǎo)致?lián)p壞 （內(nèi)部力量） 累積 （或突然崩潰），導(dǎo)致最終失效。根據(jù)溫度區(qū)別的加速測(cè)試被用于知道壽命。應(yīng)用對(duì)試驗(yàn)器件是有效的比那些通常遇到更大的溫度差的溫度循

46、環(huán)加速測(cè)試評(píng)價(jià)由溫度差異所引起的損壞。當(dāng)暴露于高低溫，溫度循環(huán)試驗(yàn)用于評(píng)估器件抵抗的測(cè)試，和抗暴露于在兩個(gè)極限溫度的溫度變化的能力。這些測(cè)試允許確認(rèn)半導(dǎo)體產(chǎn)品抗市場(chǎng)上溫度的應(yīng)力。(例如，經(jīng)歷白天到夜間汽車內(nèi)遺留的設(shè)備所經(jīng)歷的溫度變化，電源開啟或關(guān)閉器件從高溫到自身溫度的冷卻。)有關(guān)溫差的壽命由Coffin-Manson模式定義，且表示如下：其中：壽命；A，m：常量。這公式表明加速的測(cè)試可以通過提供達(dá)到溫差建立溫度循環(huán)壽命。4.3.4 高溫試驗(yàn)產(chǎn)品壽命遵循10規(guī)則，因而高溫試驗(yàn)作為最常用的試驗(yàn)，用于元器件和整機(jī)的篩選、老化試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn)、評(píng)價(jià)試驗(yàn)、同時(shí)在失效分析的驗(yàn)證上起重要作用。

47、高溫試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)包括：溫度、時(shí)間、上升速率。注意產(chǎn)品和元器件的最大耐受溫度極限。樣品放入試驗(yàn)箱內(nèi)為保持樣品的受熱均勻性，樣品距離箱壁的距離最少為5cm。GB/T 2423.2中高溫的試驗(yàn)方法分：散熱樣品的溫度漸變，非散熱樣品的溫度漸變。試驗(yàn)結(jié)束后需要將樣品在箱體內(nèi)恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，或?qū)悠贩胖迷诔爻癍h(huán)境下進(jìn)行恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。4.3.5低溫試驗(yàn)低溫試驗(yàn)用于考核產(chǎn)品在低溫環(huán)境條件下貯存和使用的適應(yīng)性，常用于產(chǎn)品在開發(fā)階段的型式試驗(yàn)、元器件的篩選試驗(yàn)。低溫試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)包括：溫度、時(shí)間、上升速率。注意產(chǎn)品從低溫箱取出時(shí)由于溫度突變會(huì)產(chǎn)生冷凝水（對(duì)溫度循環(huán)、溫度沖擊、濕熱試驗(yàn)均適用）。樣品放入試驗(yàn)

48、箱內(nèi)為保持樣品表面溫度的均勻性，樣品距離箱壁的距離最少為5cm。GB/T 2423.1中低溫的試驗(yàn)方法分：散熱樣品的溫度漸變，非散熱樣品的溫度漸變。試驗(yàn)結(jié)束后需要將樣品在箱體內(nèi)恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，或?qū)悠贩胖迷诔爻癍h(huán)境下進(jìn)行恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)，在特定環(huán)境下會(huì)要求對(duì)樣品吹稍熱的風(fēng)進(jìn)行解凍再進(jìn)行升溫至穩(wěn)定狀態(tài)。4.3.6 溫度沖擊溫度沖擊試驗(yàn)?zāi)康氖菫榱嗽谳^短的時(shí)間內(nèi)確認(rèn)產(chǎn)品特性的變化，以及由于構(gòu)成元器件的異種材料熱膨脹系數(shù)不同而造成的故障問題。這些變化可以通過將元器件迅速交替地暴露于超高溫和超低溫的試驗(yàn)環(huán)境中觀察到。冷熱沖擊試驗(yàn)不同于環(huán)境模擬試驗(yàn)，它是通過冷熱溫度沖擊發(fā)現(xiàn)在常溫狀態(tài)下難以發(fā)現(xiàn)的潛在故障

49、問題。決定冷熱溫度沖擊試驗(yàn)的主要因素有：試驗(yàn)溫度范圍、暴露時(shí)間、循環(huán)次數(shù)、試驗(yàn)樣品重量及熱負(fù)荷等。溫度沖擊設(shè)備有：兩箱法、三箱法和液槽式三種，其中設(shè)備內(nèi)濕度不能超過50% RH即20g/m。常做的快捷溫度沖擊的條件：-65，150，停留時(shí)間14min，循環(huán)次數(shù)：300個(gè)（如下圖為此試驗(yàn)單個(gè)循環(huán)的溫度曲線）。圖3.1 單個(gè)循環(huán)的溫度曲線產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)對(duì)樣品有12小時(shí)的恢復(fù)期。4.3.7 冷熱沖擊試驗(yàn)與溫度循環(huán)試驗(yàn)的區(qū)別冷熱沖擊試驗(yàn)與溫度循環(huán)試驗(yàn)的區(qū)別如下表所示。表3.1 冷熱沖擊試驗(yàn)與溫度循環(huán)試驗(yàn)的區(qū)別冷熱沖擊試驗(yàn)溫度循環(huán)試驗(yàn)溫度變化速率急劇2030/min緩慢15/min循環(huán)次數(shù) 510個(gè)循

50、環(huán)（多至1000循環(huán)）510個(gè)循環(huán)（多至1000循環(huán)） 熱平衡正好到達(dá)（液槽式為到達(dá)）到達(dá) 試驗(yàn)時(shí)間短長用途1.膨脹系數(shù)不同引起的連接部剝離2.膨脹系數(shù)不同龜裂后水分進(jìn)入3.水分滲入導(dǎo)致腐蝕及短路現(xiàn)象發(fā)生的加速試驗(yàn)1.通過長期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腐蝕傾向2.長時(shí)間地多次循環(huán)觀察應(yīng)力疲勞現(xiàn)象3.調(diào)查分析市場(chǎng)失效的相關(guān)性使用設(shè)備冷熱沖擊試驗(yàn)箱高低溫試驗(yàn)箱4.3.8 應(yīng)力循環(huán)沖擊20 世紀(jì)末，在中國推廣壽命試驗(yàn)時(shí)，因以電子產(chǎn)品為主由此造成一種錯(cuò)覺似乎影響電子產(chǎn)品壽命的主要是溫度及電壓兩種應(yīng)力。很多理論及試驗(yàn)都重點(diǎn)考慮這兩種應(yīng)力。實(shí)際上，溫度循環(huán)對(duì)壽命影響相當(dāng)大。有試驗(yàn)總結(jié)，與有關(guān)其中是溫變率，R為溫差，N為循環(huán)

51、次數(shù)。但影響壽命的因素有很多，即使對(duì)于電子元器件來說，也不止溫度與電壓兩個(gè)應(yīng)力。例如濕度就是一個(gè)重要因素，潮氣侵蝕對(duì)某些元器件是致命的。如很多用塑料封裝的集成電路（IC），由于塑料充填物與IC 管殼的熱膨脹系數(shù)不匹配，熱脹冷縮形成縫隙，潮氣侵入內(nèi)部造成失效。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代工業(yè)中重要的結(jié)構(gòu)故障80%以上都是由于疲勞失效引起的。金屬、塑料、橡膠、木材、混凝土、陶瓷及復(fù)合材料都有這個(gè)問題。對(duì)于一定的應(yīng)力si，材料耐受此應(yīng)力的次數(shù)即壽命為，如果材料受k種應(yīng)力s1，s2，.，sk作用，作用次數(shù)為n1，n2，.，nk，則材料受到的累積損傷為，時(shí)，材料即失效。這即Miner的線性累積傷害公式。理論上可以

52、證明當(dāng)材料疲勞失效與加載順序無關(guān)時(shí)Miner公式是成立的，但一般塑性損傷材料疲勞失效與加載順序有關(guān)，參考Miner公式就有相當(dāng)誤差。振動(dòng)是一種交變應(yīng)力。不同的振動(dòng)類型，如定頻正弦振動(dòng)、掃頻正弦振動(dòng)、隨機(jī)正弦振動(dòng)等對(duì)壽命的影響有較大差異，不同功率譜的影響也是很不相同。國標(biāo)給出的典型功率譜密度與實(shí)際某些產(chǎn)品也不同，因此結(jié)果也不會(huì)相同。很多結(jié)構(gòu)件在交變載荷或應(yīng)力下會(huì)誘發(fā)產(chǎn)生裂紋，裂紋產(chǎn)生前的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)叫五裂紋壽命。裂紋形成后，在應(yīng)力循環(huán)下，裂紋會(huì)慢慢擴(kuò)展，到一定尺寸會(huì)斷裂，即結(jié)構(gòu)失效。這一段的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)叫裂紋擴(kuò)展壽命。設(shè)為裂紋長度（單位:mm），N為循環(huán)次數(shù)，K為應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值（單位：Mpmm 1/2），Paris總結(jié)很多試驗(yàn)規(guī)律提出Paris公式：。以 k 為橫坐標(biāo)，d/dN 為縱坐標(biāo)，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上將為一直線。實(shí)際上如圖3.2所示，在區(qū)域內(nèi)才近似為一直線。圖3.2 裂紋壽命很多工程人員把金屬看成一個(gè)彈性體。但金屬的彈性是有界限的。在超過該界限的應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生塑性變形以致不能恢復(fù)原狀，于是功能降低甚至失效。例如彈簧，如長時(shí)間壓縮 ， 會(huì)引起屈服 ，彈簧壓力降低。機(jī)械產(chǎn)品的磨損故障是普遍存在的，影響它的是互相接觸的材料組合，表面的接觸壓力及磨損速度、潤滑油等，還沒有一個(gè)很合適的數(shù)學(xué)模型。金屬含有結(jié)晶組織結(jié)晶構(gòu)成對(duì)化學(xué)侵蝕的抵金屬含有結(jié)晶組織結(jié)晶構(gòu)成對(duì)化學(xué)侵蝕的