基于加速退化模型的加速度计非线性特征分析及贮存寿命预测

针对具有非线性退化特征的加速度计在长期贮存环境下贮存寿命难以有效评估的问题,在恒定应力加速退化试验条件下利用非线性退化模型评估某加速度计贮存寿命。首先通过分析加速度计性能退化机理,确定作用温度为主要应力,Arrhenius模型为加速模型。其次,建立非线性退化模型,分析模型特征参数与应力水平的关系,推导出受加速模型限制的寿命分布概率密度函数。最后用极大似然估计与统计分析结合的参数辨识法估计特征参数。实验结果表明:该加速度计的期望贮存寿命为64 200h,其漂移系数与扩散系数均随温度升高而增大,形状参数则保持不变。     

高量程MEMS加速度计的热应力仿真与可靠性评估

硅压敏电阻阻值漂移过大导致输出失效是高量程MEMS加速度计在恶劣温度环境下工作的主要失效模式之一。通过模拟仿真加速度计悬臂梁、芯片结构和封装后整体模型的热应力分布情况,确定了压敏电阻所在结构梁区域是最容易失效的位置,且最大热应力分布在芯片梁与质量块倒角处,其值约为107 N/m2;通过设计的高温加速恒定应力试验验证了加速度计的温度敏感特性,根据试验数据的特征采用三种可靠度评估方法定量外推出高量程MEMS加速度计在规定应力条件下的可靠度指标。研究结果表明,加速性能退化试验和基于退化量的可靠性评估方法适用于高量程MEMS加速度计在温度环境中的可靠性研究,能够利用有限的试验数据获得可信度较高的评估结果。     

基于顺序统计量的加速度计恒加寿命试验优化设计

针对模型参数先验信息未知下的加速度计恒加寿命试验优化设计方法缺乏的问题,提出了一种加速度计恒加寿命试验的优化设计方法。首先,分析了加速度计的加速寿命预实验结果,并初步制定加速度计的加速寿命试验方案;而后,基于顺序统计量和整体线性无偏估计理论,以每个应力水平下的样本分配为设计变量,同时以加速度计在正常应力水平下中位寿命估计值的方差最小和模型参数的协方差阵行列式最小为优化目标,建立加速度计定数截尾恒加寿命试验优化设计的数学模型。模型计算结果表明,两种优化目标的求解结果一致,确定加速度计的试验方案为(8|4, 2, 2),即8个样本在应力水平S 1、 S 2、 S3下分配的样本量分别为4、2、2,验证了所提出方法的可靠性。     

小子样条件下某型加速度计步降加速寿命试验优化设计

为了解决小样本条件下某型加速度计进行步降应力加速寿命试验的方案优劣难以评估的难题,提出一套适合于工程应用的优化设计方法。首先针对自然贮存试验的统计数据,采用基于极小卡方估计和拟合优度检验相结合的贮存可靠性评估方法以及最小二乘法建立寿命分布模型和加速方程。然后进行高温老化试验,依据失效模式分析机制和已建的失效树确定加速应力上限,完善加速寿命试验先验知识。最后对试验样本量进行可信度评定并根据先验知识采用基于思维进化算法优化BP神经网络的仿真方法进行优化设计,得到最优试验方案并通过试验进行验证。结果表明,该最优试验方案计算得到的先验参数值与原值之间的相对误差不超过1.7%,可以满足工程应用。     

基于漂移布朗运动的光纤陀螺加速贮存寿命评估

众多"长期贮存,一次使用"的军事应用需求决定了光纤陀螺的贮存寿命指标的重要性,为此针对在贮存期内具有长寿命、高可靠性特点的光纤陀螺,实施加速贮存退化试验,并采用基于漂移布朗运动的方法,对光纤陀螺的贮存寿命与可靠性进行评估.依据光纤陀螺的贮存故障模式影响及危害性分析结果,确定了加速模型,并结合线性漂移布朗运动的特点,建立了光纤陀螺可靠性评估模型.利用加速贮存退化试验的试验数据对光纤陀螺贮存寿命进行评估,得到了评估结果,从而验证了方法的适用性.     

加速度计加速退化数据统计分析方法

加速退化试验广泛应用于加速度计的可靠性评估或寿命预测,然而加速退化数据统计分析方法的研究不足制约了可靠性评估或寿命预测的准确性。提出了一种基于Wiener退化模型的加速退化数据统计分析方法,利用加速因子不变原则推导退化模型各参数的变化规律,在此基础上建立加速退化模型,从而克服依赖假定进行加速退化建模容易造成较大误差的不足。针对传统的极大似然估计方法适用性不强的问题,提出了利用fminsearch函数结合最小二乘法求解极大似然估计值的方法。针对寿命预测时无法得到可靠寿命解析式的问题,提出了利用fzero函数求取可靠寿命的方法。仿真试验证明了加速因子不变原则推导结论的正确性,案例应用验证了所提方法的有效性。研究工作在加速退化建模、参数估计、寿命预测三个方面提出了有效的方法,具有一定的工程应用价值。     

基于加速因子不变原则的加速度计可靠性分析

针对加速退化建模时过多依靠主观经验容易造成可靠性评估结果不准确,提出一种基于加速因子不变原则的加速退化建模方法。考虑了三个具有随机参数的Wiener过程模型,通过加速因子不变原则,推导得到了三类模型各参数的变化规律。在此基础上,以Arrhenius模型为加速模型得到了加速应力下三类模型的可靠度函数,从而克服依赖假定进行加速退化建模容易造成较大误差的不足。针对模型适用但并非相对最优的问题,提出综合利用分位数图(QQ图)、箱线图、偏差信息准则(DIC)值等确定相对最优模型的方法。加速度计加速退化数据应用验证了所提方法的有效性,为加速退化可靠性评估提供了一种相对客观的技术方法。     

光纤陀螺加速退化试验的可行性

以可靠性试验技术为基础,对加速退化试验方法在光纤陀螺产品中实施的可行性进行了探索研究。对光纤陀螺所用器件在长期使用条件下性能变化及其对陀螺整机性能的影响进行了分析,阐述了光纤陀螺性能退化存在的可能性,并通过光纤陀螺长期使用实验数据进行验证,得出了光纤陀螺具有性能退化特性的结论。采用可靠性摸底试验方法对光纤陀螺性能退化在温度环境应力下的可加速性进行了探索,通过温度加速应力下光纤陀螺实际工作性能数据分析得出其性能退化具有加速性,对光纤陀螺实施加速退化试验可行。     

自然贮存环境下某型加速度计贮存寿命评估

某型加速度计贮存于我国亚湿热、亚干热、温和、干燥4个典型气候区。针对历年统计的加速度计的成败型、不完全故障数据,假设其服从指数分布族、Weibull分布族、极值分布族、对数正态分布族,结合工程实际处理异常数据、"倒挂"数据,采用极小?2估计对分布函数的参数进行估计,采用极小?2检验对各分布函数的合理性进行了验证,计算"服从不同自由度下的?2分布随机变量"检验的拟合优度,得到了加速度计贮存可靠性分布函数。通过统计的故障数据,验证了所提出的数学模型评估方法的适用性和正确性,得到了置信度0.90、可靠度0.95条件下加速度计自然贮存寿命。     

高加速应力筛选试验中惯性器件性能建模与一致性测试

针对高加速应力筛选(High Accelerated Stress Screening)试验中对受试产品剩余寿命的要求,在惯性器件剩余寿命降低到一定程度后其性能会发生变化的前提下,提出了一种考核惯性产品寿命受高加速应力影响的方法。首先在高加速应力筛选试验前测试惯性器件的关键性能,以信噪比(SNR)和相关度(ρ)为评价原则利用自回归(Auto Regressive)方法对性能指标测试参数进行建模,确定最优模型阶数;使用Burg方法计算AR模型系数。在惯性器件经受了高加速应力筛选试验后测试惯性器件的性能参数,利用Chow检验方法对加速应力筛选试验前后的性能测试参数进行检验,在一定置信度条件下考察性能参数是否发生了显著性变化,进而对高加速应力筛选试验是否影响惯性器件的剩余寿命进行判定。最后通过某型加速度计高加速应力试验进行了验证。     

塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应分析

随着铜互连以及low-k电介质在超大规模集成电路中地广泛使用，low-k电介质的机械完整性及其对互连可靠性变得更加重要。影响介电膜的机械完整性和互连可靠性的因素包括介电膜的工艺制程，芯片与封装材料的相互影响，以及环境温度和湿度的影响。本文研究集中于了解环境温度和湿度对塑封硅器件中介电薄膜的可靠性影响。采用快速温度和湿度实验条件，对塑封硅器件中介电薄膜受水分和温度损伤的敏感性进行了分析。运用商业有限元（FEA）分析软件，对水分在塑封材料和硅器件中的扩散过程进行了建模及仔细分析。并对硅器件周边密封圈的防水分扩散效力进行了研究。通过这一系列实验与分析，对塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应有了完整地了解，并提出和建立了相关的物理模型和经验公式。运用这物理模型和经验公式可对在各种使用环境温度和湿度条件下，塑封硅器件中介电薄膜的可靠性进行评估及分析。     

塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应分析(英文)

随着铜互连以及low-k电介质在超大规模集成电路中地广泛使用,low-k电介质的机械完整性及其对互连可靠性变得更加重要。影响介电膜的机械完整性和互连可靠性的因素包括介电膜的工艺制程,芯片与封装材料的相互影响,以及环境温度和湿度的影响。本文研究集中于了解环境温度和湿度对塑封硅器件中介电薄膜的可靠性影响。采用快速温度和湿度实验条件,对塑封硅器件中介电薄膜受水分和温度损伤的敏感性进行了分析。运用商业有限元(FEA)分析软件,对水分在塑封材料和硅器件中的扩散过程进行了建模及仔细分析。并对硅器件周边密封圈的防水分扩散效力进行了研究。通过这一系列实验与分析,对塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应有了完整地了解,并提出和建立了相关的物理模型和经验公式。运用这物理模型和经验公式可对在各种使用环境温度和湿度条件下,塑封硅器件中介电薄膜的可靠性进行评估及分析。     

可靠性物理技术与导弹惯性平台贮存寿命预测

－本文在分析导弹惯性平台贮存试验数据的基础上，运用可靠性物理技术，研究探索了惯性平台贮存失效机理，建立了惯性平台贮存寿命可靠性物理模型，提出了预测惯性平台贮存寿命的计算方法。     

谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究

针对空间润滑谐波减速器黏着磨损失效的加速寿命试验方法问题,首先基于Johnson-Williamson的粗糙表面接触模型建立了混合润滑状态下的黏着磨损模型,模型表明磨损速率主要由粗糙表面微凸体接触承担的载荷比例决定.然后,对磨损部位进行考虑粗糙表面真实形貌与润滑剂流变特性的混合润滑数值分析表明,转速与载荷对微观界面接触与润滑分布状态的影响显著,温度的影响有限,因此传统提高转速并升高温度以保持油膜厚度一致的加速寿命试验方法已不适用.最后以增大转速、载荷并保持或增大混合润滑状态下微凸体接触承担的载荷为加速寿命试验准则,以微凸体承担载荷为加速应力建立了黏着磨损的加速寿命模型,并以不同工况的加速寿命试验与寿命分布统计对其准确性进行了验证.     

缺口件疲劳寿命分布预测的有效应力法

本文提出了一种由光滑件疲劳寿命试验数据预测缺口件疲劳寿命分布的有效应力法。该方法中缺口件的裂纹可能萌生表面被分解成一个个微元,整个表面可看成是这些微元组成的一个串联模型,按照串联概率失效模型,缺口件的疲劳强度失效概率就可以由各微元的疲劳强度失效概率计算得到,其中微元的疲劳强度失效概率是由光滑件的疲劳强度失效概率通过最弱环节理论计算得到的。在缺口件的疲劳强度失效概率表达式中,引入了有效应力的概念,用它查取光滑件的疲劳寿命试验数据就可以直接得到缺口件的疲劳寿命分布。该方法可以同时考虑到应力梯度和试件尺寸对缺口件疲劳寿命分布的影响。进行了材料LY12CZ的带中心孔缺口件的寿命算例分析,预测结果和试验结果吻合良好,表明该方法是有效的。     

60Si2Mn螺旋弹簧的压缩应力松弛行为与贮存寿命预测

为评价60Si2Mn螺旋压缩弹簧的室温松弛特性,利用InstronE3000K8953型小吨位电子动静态疲劳试验机,对其在不同温度和初始应力水平条件下进行了高温压缩加速应力松弛试验,研究了环境温度、初始应力水平对松弛行为的影响.基于粘弹性体模型,揭示了应力松弛过程中弹性应变向塑性应变的转化特性与塑性应变随松弛时间的变化规律.在对应力松弛前后弹簧丝材金相和TEM微结构进行对比分析的基础上,探讨了应力松弛的微观机制.结果表明,环境温度与初始应力水平对松弛速率具有显著影响.基于应力松弛过程的热激活特性,建立了60Si2Mn螺旋压缩弹簧的贮存寿命预测方程,并对不同应力水平下弹簧的室温和高温贮存寿命进行了合理预测.     

Quick assessment methodology for reliability of solder joints in ball grid array (BGA) assembly—Part II: Reliability experiment and numerical simulation

In the present study, a facility, i.e., a mechanical deflection system (MDS), was established and applied to assess the long-term reliability of the solder joints in plastic ball grid array (BGA) assembly. It was found that the MDS not only quickly assesses the long-term reliability of solder joints within days, but can also mimic similar failure mechanisms in accelerated thermal cycling (ATC) tests. Based on the MDS and ATC reliability experiments, the acceleration factors (AF) were obtained for different reliability testing conditions. Furthermore, by using the creep constitutive relation and fatigue life model developed in part I, a numerical approach was established for the purpose of virtual life prediction of solder joints. The simulation results were found to be in good agreement with the test results from the MDS. As a result, a new reliability assessment methodology was established as an alternative to ATC for the evaluation of long-term reliability of plastic BGA assembly. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (59705008)     

含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法

系统可靠性问题中通常存在大量的不确定参数,传统方法一般是基于概率模型对系统进行可靠性分析,但是实际工程中由于数据缺乏或试验条件的限制往往难以得到参数的精确概率分布.本文将结构体系一部分样本信息充足的不确定变量用随机变量进行描述,而另一部分样本缺乏的用区间表示,并提出了一种新的含概率与区间混合不确定性的系统可靠性分析方法.首先,基于一个高效求解方法获得单失效模式下结构的最小可靠度指标;再针对多失效模式下含概率与区间混合不确定性问题建立了系统可靠性分析模型;考虑各失效模式之间的相关性,通过线性相关度计算方法求得相关系数矩阵;最后提出了串联体系和并联体系可靠度求解方法.3个数值算例表明,该方法可以实现含概率与区间混合的多个非线性失效模式下系统可靠度的计算.通过对比传统的概率可靠性分析方法,本文方法只需要少量的不确定信息便可确保系统更加安全,更适合复杂结构系统可靠性的分析和设计.