一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型及应用方法

摘要

本发明公开装备用车规级电子元器件可靠性验证模型及应用方法。确定装备用原始电子元器件的额定功能性能参数、所属装备的额定热学环境参数、额定力学环境参数以及额定特殊环境参数。基于需求调研构建器件级验证指标体系，器件级验证指标体系为二级指标体系，第一级指标具体包括功能性能指标、极限验证指标和结构分析指标；其中，极限验证指标具有第二级指标，具体包括力学极限验证指标、热学环境极限指标和电应力极限环境指标。基于需求调研构建板级验证指标体系，板级验证指标体系为一级指标体系，具体包括装联验证指标、板级功能性验证指标、板级工作稳定性验证指标、板级热学环境验证指标、板级力学环境验证指标和板级特殊环境验证指标。

说明书

技术领域

本申请涉及辐照效应技术领域，尤其涉及一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型及应用方法。

背景技术

随着现今航天装备推行订货“阶梯式”降价的原则，导致许多装备研制厂利润下降。而电子元器件作为航天装备的主要成本之一，航天装备研制厂为了片面追求利润不得不选用车规级或者工业级元器件。由于车规级电子元器件相比军用电子元器件缺乏完善的质量监督体系，因此盲目选用车规级电子元器件必然导致航天装备用电子元器件的可靠性降低。

为了解决航天装备用车规级电子元器件使用可靠性降低的难点，可对选用的车规级电子元器件进行应用验证，根据应用验证结果进行评判是否可以选用，并进一步根据应用验证结果发现的缺陷反馈器件生产厂，让器件生产厂进行技术迭代，不断完善器件结构工艺，从而提高该器件固有可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型及应用方法，以解决盲目选用车规级电子元器件而导致的航天装备型号用元器件使用可靠性降低的问题。

第一方面，本申请提供一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法，包括以下步骤：

基于装备需求调研确定装备用原始电子元器件的额定功能性能参数、所属装备的额定热学环境参数、所属装备的额定力学环境参数以及所属装备的额定特殊环境参数；

基于所述需求调研构建器件级验证指标体系，所述器件级验证指标体系为二级指标体系，第一级指标具体包括功能性能指标、极限验证指标和结构分析指标；其中，所述极限验证指标具有第二级指标，具体包括力学极限验证指标、热学环境极限指标和电应力极限环境指标；

基于所述需求调研构建板级验证指标体系，所述板级验证指标体系为一级指标体系，具体包括装联验证指标、板级功能性验证指标、板级工作稳定性验证指标、板级热学环境验证指标、板级力学环境验证指标和板级特殊环境验证指标。

采用上述技术方案的情况下，本发明提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法从器件级验证以及板级验证两个维度，构建车规级电子元器件应用至装备上的可靠性验证模型，在实际应用中，相对于现有技术提供的只通过比对器件指标而进行车规级电子元器件筛选和应用，本发明构建的可靠性验证模型不仅可以发现车规级电子元器件结构、工艺、材料等缺陷，而且还通过板级验证指标体系发现车规级电子元器件在专用板卡上的适应性。基于此，可以有效的避免车规级电子元器件由于结构、工艺、材料缺陷或板级适应性差等引起的可靠性降低的问题。

第二方面，本发明还提供一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的应用方法，包括以下步骤：

车规级电子元器件的器件级验证，具体包括：

功能性能验证，获取车规级电子元器件在额定工作条件下的工作功能性能参数，比对工作功能性能参数与额定功能性能参数，确定车规级电子元器件是否符合装备需求；

极限验证，在额定力学环境以及额定热学环境下对车规级电子元器件开展力学极限试验、热学环境极限试验和电应力极限环境试验，评估车规级电子元器件的极限边界与额定极限边界之间的余量；

结构分析，随机抽取车规级电子元器件作为结构分析的样本，根据样本的类型进行敏感因素分解，根据敏感因素设置相应的分析项目，以完成车规级电子元器件的结构分析。

车规级电子元器件的板级验证，对应拟替代的原始电子元器件所属装备板卡设计专用板卡，具体包括：

装联试验，将车规级电子元器件与专用板卡焊接在一起，以获得装联板卡；在装联试验用装联板卡失效的情况下，装联试验用于确定装联板卡失效原因，失效原因包括焊接质量原因或车规级电子元器件可焊性原因；

板级功能性能验证，按照所属装备的额定力学环境参数所包括的电应力学环境参数，在三温条件下测试专用板卡功能性能指标，基于此，确定专用板卡的功能性能指标参数；

板级工作稳定性验证，随机抽取若干个专用板卡进行预设时间的连续通电，通电器件实时监测和采集专用板卡的功能性能指标参数；

板级热学环境验证，基于调研确定的所属装备的额定热学环境参数对专用板卡进行板级热学环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数；

板级力学环境验证，基于调研确定的所属装备的额定力学环境参数对专用板卡进行板级力学环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数；

板级特殊环境验证，基于调研确定的所属装备的额定特殊环境参数对专用板卡进行板级特殊环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数。

作为一种可能的实现方式，力学极限试验包括恒定加速度试验、振动试验和冲击试验；所有试验长期不间断开展，直至车规级电子元器件失效；失效后对车规级电子元器件进行结构分析，确定缺陷项。

作为一种可能的实现方式，热学环境极限试验包括温度循环试验和工作温度极限试验；其中，温度循环试验长期不间断进行，直至车规级电子元器件失效；失效后对车规级电子元器件进行结构分析，确定缺陷项；

工作温度极限试验从额定工作温度上限、下限进行拉偏，直至车规级电子元器件功能性能参数超差，此时，记录车规级电子元器件的工作温度的上下限并确定工作温度的裕度。

作为一种可能的实现方式，电应力极限环境试验包括工作电压极限试验，即从额定工作电压上下限进行拉偏，直至车规级电子元器件功能性能参数超差或失效；此时，记录车规级电子元器件的工作电压上下限并确定工作电压的裕度。

作为一种可能的实现方式，装联试验包括：

按照车规级电子元器件封装类型确定焊接方法；

将车规级电子元器件焊接至板卡，以获得装联板卡；

按照标准QJ3086考核装联板卡的焊接质量；

在装联试验用装联板卡失效的情况下，确定装联板卡失效原因，失效原因包括焊接质量原因或车规级电子元器件可焊性原因。

作为一种可能的实现方式，预设时间为96小时。

作为一种可能的实现方式，板级热学环境试验包括高温贮存、高温工作、低温贮存、低温工作和温度冲击试验。

作为一种可能的实现方式，板级力学环境试验包括振动试验、冲击试验和加速度试验。

作为一种可能的实现方式，板级特殊环境试验至少包括盐雾环境试验、湿热环境试验和低气压环境试验。

与现有技术相比，本发明提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的应用方法的有益效果与第一方面提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是本发明实施例提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型；

图3为本发明实施例提供的装备用车规级电子元器件的器件级验证流程图；

图4为本发明实施例提供的装备用车规级电子元器件的板级验证流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一方面，参照图1和图2，本发明实施例提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法，包括以下步骤：

S10.基于装备需求调研确定装备用原始电子元器件的额定功能性能参数、所属装备的额定热学环境参数、所属装备的额定力学环境参数以及所属装备的额定特殊环境参数。在实际应用中，需求调研应根据拟替代电子元器件(非车规级电子元器件或非工业级电子元器件，可以将其定义为原始电子元器件，即可以应用与航天军用装备且具有完善的质量监督体系的电子元器件)所属装备进行剖面分析，以收集原始电子元器件的额定功能性能参数、质量反馈信息、工艺装联条件、所属装备的额定热学环境参数、所属装备的额定力学环境参数以及所属装备的额定特殊环境参数。作为后续构建车规级电子元器件可靠性验证模型的基础信息，以及作为后续车规级电子元器件可靠性验证模型应用时的对标参数以及试验条件等。

其中，额定功能性能参数应主要包括实现功能和具体其他技术指标时的参数。额定热学环境参数包括所属装备工作高低温限值、温度冲击条件、高低温贮存条件。额定力学环境参数可以包括振动条件、冲击条件和加速度条件。额定特殊环境参数可以包括湿热条件、低气压条件、盐雾条件和霉菌等试验条件。

S11.基于需求调研构建器件级验证指标体系，器件级验证指标体系为二级指标体系，第一级指标具体包括功能性能指标、极限验证指标和结构分析指标。其中，极限验证指标具有第二级指标，具体包括力学极限验证指标、热学环境极限指标和电应力极限环境指标。在实际应用中，对车规级电子元器件按照功能性能指标所确定的具体指标进行测试，以获得所有具体指标的测试结果。基于此，将测试结果与通过调研获得的额定功能性能参数做对比，从而确定车规级电子元器件的功能性能是否满足装备应用。力学极限验证指标所对应的测试结果具体可以通过恒定加速度试验、振动试验和冲击试验获取。而热学环境极限指标所对应的测试结果具体可以通过温度循环试验和工作温度极限试验获得。电应力极限环境指标所对应的测试结果具体可以通过工作电压极限试验获得。

S12.基于所述需求调研构建板级验证指标体系，所述板级验证指标体系为一级指标体系，具体包括装联验证指标、板级功能性验证指标、板级工作稳定性验证指标、板级热学环境验证指标、板级力学环境验证指标和板级特殊环境验证指标。

采用上述技术方案的情况下，本发明提供的装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的构件方法从器件级验证以及板级验证两个维度，构建车规级电子元器件应用至装备上的可靠性验证模型，在实际应用中，相对于现有技术提供的只通过比对器件指标而进行车规级电子元器件筛选和应用，本发明构建的可靠性验证模型不仅可以发现车规级电子元器件结构、工艺、材料等缺陷，而且还通过板级验证指标体系发现车规级电子元器件在专用板卡上的适应性。基于此，可以有效的避免车规级电子元器件由于结构、工艺、材料缺陷或板级适应性差等引起的可靠性降低的问题。

第二方面，参见图3和图4，本发明实施例还提供一种装备用车规级电子元器件可靠性验证模型的应用方法，包括以下步骤：

S20.车规级电子元器件的器件级验证，应理解，车规级电子元器件的器件级验证基于第一方面构建的器件级验证指标体系完成，具体可以包括以下步骤(需要解释的是，以下步骤可以不分先后)：

S200.功能性能验证，获取车规级电子元器件在额定工作条件下的工作功能性能参数，比对工作功能性能参数与额定功能性能参数，确定车规级电子元器件是否符合装备需求。

例如可以通过常规试验获取车规级电子元器件的特性参数、规格参数和质量参数。具体的，特性参数可以进一步的包括电阻特性、电容特性和二极管特性。规格参数可以进一步的包括标称值、允许偏差值与精度等级、额定值与极限值等。而质量参数可以进一步的包括温度系统、噪声电动势、高频特性、可靠性、机械强度和可焊性等。获取到上述参数之后，进一步的与通过调研获得的额定功能性能参数一一对比，基于对比结果进一步确定车规级电子元器件是否符合装备需求。符合的情况下，进一步开展后续其他维度的验证。不符合的情况下，则根据不符合性进一步的完善车规级电子元器件的功能性能，直至验证至符合为止。

S201.极限验证，在额定力学环境以及额定热学环境下对车规级电子元器件开展力学极限试验、热学环境极限试验和电应力极限环境试验，评估车规级电子元器件的极限边界与额定极限边界之间的余量。

其中，力学极限试验包括恒定加速度试验、振动试验和冲击试验。所有试验长期不间断开展，直至车规级电子元器件失效。失效后对车规级电子元器件进行结构分析，确定缺陷项。

热学环境极限试验包括温度循环试验和工作温度极限试验。其中，温度循环试验长期不间断进行，直至车规级电子元器件失效。失效后对车规级电子元器件进行结构分析，确定缺陷项。

工作温度极限试验从额定工作温度上限、下限进行拉偏，直至车规级电子元器件功能性能参数超差，此时，记录车规级电子元器件的工作温度的上下限并确定工作温度的裕度。

电应力极限环境试验包括工作电压极限试验，即从额定工作电压上下限进行拉偏，直至车规级电子元器件功能性能参数超差或失效；此时，记录车规级电子元器件的工作电压上下限并确定工作电压的裕度。

车规级电子元器件的极限验证主要是考验其极限能力。

S202.结构分析，随机抽取车规级电子元器件作为结构分析的样本，根据样本的类型进行敏感因素分解，根据敏感因素设置相应的分析项目，以完成车规级电子元器件的结构分析。

车规级电子元器件结构分析根据用户重点提出的禁限用工艺进行结构单元分解，设置相应的试验项目进行分析，检查器件是否存在结构、工艺和材料存在缺陷。例如，用户使用环境规定器件不得出现纯锡镀层、低温焊料等工艺，元器件结构分析项目应设计元器件能谱分析，分析器件引脚、芯片粘接分别是否存在纯锡镀层、低温焊料的情况。

作为一种可能的实现方式，器件级验证除了上述的功能性能验证、极限验证和结构分析之外，还可以包括可靠性验证和适应性验证。具体的，可靠性主要通过用户关注器件使用的寿命时间，通过设置相应的加速寿命试验进行考核，考核器件寿命能否满足用户需求。例如，用户规定器件使用时间不得低于1000000h，应根据环境因子设计可靠性寿命加速试验考核器件寿命。而适应性试验主要考核器件能否通过用户提出的热学、力学、特殊环境实验。

S30.车规级电子元器件的板级验证，对应拟替代的原始电子元器件所属装备板卡设计专用板卡，具体包括：

S300.装联试验，将车规级电子元器件与专用板卡焊接在一起，以获得装联板卡。在装联试验用装联板卡失效的情况下，装联试验用于确定装联板卡失效原因，失效原因包括焊接质量原因或车规级电子元器件可焊性原因。需要进一步解释的是，装联试验属于工艺装联验证，重点考核器件能够满足其所属装备条件下其装联质量的可靠性。装联质量是器件焊接在PCB板上进行振动、温度循环等试验后其焊接点处应无裂纹、分层等缺陷。

S301.板级功能性能验证，按照所属装备的额定力学环境参数所包括的电应力学环境参数，在三温条件下测试专用板卡功能性能指标，基于此，确定专用板卡的功能性能指标参数。板级功能性能验证主要考核器件在板级性能指标表现，分析重点关注参数与拟替换器件之间的差异，重点关注参数按照板卡实现功能和器件功能性能进行分析，比如微波衰减器应重点关注衰减量、插入损耗等参数。

S302.板级工作稳定性验证，随机抽取若干个专用板卡进行预设时间的连续通电，通电器件实时监测和采集专用板卡的功能性能指标参数。预设时间可以根据不同的车规级电子元器件确定，例如可以是96小时。板级(高低温)工作稳定性主要验证板卡在高低温环境下通过连续加电96h，每间隔30min监测一下关注的重点指标，比如微波放大器应重点关注增益、噪声系数等指标。

S303.板级热学环境验证，基于调研确定的所属装备的额定热学环境参数对专用板卡进行板级热学环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数。板级热学环境验证主要验证板卡高低温贮存，高低温工作性能稳定性，试验前中后都要测试关注的重点指标。

S304.板级力学环境验证，基于调研确定的所属装备的额定力学环境参数对专用板卡进行板级力学环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数。板级力学环境适应性主要验证板卡能否适应用户提出的振动、冲击和加速度试验，试验前中后都要测试用户关注的重点指标。

S305.板级特殊环境验证，基于调研确定的所属装备的额定特殊环境参数对专用板卡进行板级特殊环境试验，并在试验前、中、后测试专用板卡的功能性能指标参数。板级特殊环境适应性主要验证板卡能否适应用户提出的盐雾、低气压、湿热等特殊试验，试验前后都要测试用户关注的重点指标。

需要进一步解释的是，结合器件级验证结果和板级验证结果，给出该车规级电子元器件能否应用于该装备所属设备的结果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。