[发明专利]一种基于贝叶斯理论的电子产品寿命模型概率化方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于贝叶斯理论的电子产品寿命模型概率化方法(PPoF)，特别是涉及高可靠长寿命电子产品的应力损伤模型的失效概率计算方法，属于基于失效物理的可靠性评估技术领域。

背景技术

高可靠长寿命电子产品一般具有性能指标高、可靠性高、使用寿命长以及研制费用高等特点。这些特点使传统的可靠性工程技术已经渐渐不能满足其发展需求。因此只有在深刻认识产品故障的产生规律和表现规律，正确描述产品的故障行为，深入分析产品故障机理，追溯导致故障的根本原因的基础上，才能实现产品的高可靠长寿命要求。

为了克服以上问题，可靠性领域的研究学者从故障出发，把思路放在了引起故障的根本原因上，研究材料、零件(元器件)和结构的故障机理，并分析工作条件、环境应力及时间对产品退化或故障的影响。从而产生了基于失效物理的可靠性技术。该技术经过40余年的发展，现已形成了以美国马里兰大学为核心的若干研究机构，针对电子、机电等不同种类产品，拥有了丰富的故障机理模型库，这些故障物理模型能够给出故障发生的时间或性能参数的退化量与结构、功能、材料、工作应力和环境条件等的关系，能够从失效机理层次解释产品为什么故障，何时发生故障等问题，真正实现产品可靠性设计及优化。基于故障物理的可靠性设计与试验技术在日本、台湾、新加坡、马来西亚、英国国防部和许多美国领先的商业电子公司已取得了较为广泛的应用，在产品的设计、分析、试验与评估过程中逐渐扮演着重要角色。

但是失效物理的方法并没有考虑物理模型中参数的不确定性。元器件的失效物理模型建立的是失效前时间与元器件结构、材料、应力等的关系。对于单个元器件来说，其结构尺寸、材料属性等参数是确定的，由此得到的寿命是一个确定的量值。但是，对于多个元器件，由于加工质量、工艺控制因素的影响，其结构尺寸、材料属性具有不确定性，服从一定的分布；元器件在使用的过程中，所承受的环境应力等参数也具有随机性，因此其寿命应该是一个分布。在利用失效物理模型进行板级或者产品级寿命评定和分析时，如果不考虑产品的分散性，得到的结果与试验验证或实际得到的结果就会存在较大的误差。因此，在现有失效物理模型的基础上考虑各参数的分散性是很有必要的。通过对现有的技术进行检索和查新，国内外尚没有学者给出概率化失效物理的明确定义和具体实施步骤，还没有基于贝叶斯理论的电子产品失效物理模型概率化的计算方法。

发明内容

1、目的：本发明的目的在于针对现有的失效物理方法的不足，提供一种基于贝叶斯理论的电子产品寿命模型概率化方法(PPoF)，该方法是一种基于应力损伤模型的高可靠长寿命电子产品失效概率计算方法，它是通过分析导致电子产品故障的各种材料属性、尺寸、应力等因素的分散性，并研究这些分散性的描述方法；在现有失效物理模型的基础上考虑加入这些分散性因素，建立失效概率与时间、应力、结构、材料之间的关系，实现失效物理模型的概率化，为更准确的描述故障，预测产品的贮存寿命提供一种新途径。

2、技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，首先根据电子产品所处的环境条件和工作条件，确定各个元器件、部件的主要失效机理，确定各种机理对应的应力条件以及失效物理模型；然后分析失效机理中分散性的来源及表征方法，得到分散性参数的先验分布，并通过蒙特卡洛方法得到寿命服从的先验分布；利用贝叶斯理论更新分散性参数，与现有的失效物理模型相结合，得到寿命的概率描述方法；最后利用蒙特卡洛仿真的方法求解寿命的概率化失效物理模型，得到单点故障的概率密度分布及相关的可靠性指标。

本发明一种基于贝叶斯理论的电子产品寿命模型概率化方法，其具体步骤如下：

步骤一：主要失效机理及物理模型的确定。根据电子产品所处的环境条件和工作条件，确定导致产品失效的主要机理，并选择恰当的失效物理模型。失效机理是指引起失效的物理的、化学的、生物的或其他的过程；失效物理模型是指可靠性物理学中针对某一特定的失效机理，在基本物理、化学、或其他原理的公式和(或)试验回归公式的基础上，建立起来的定量地反映故障发生(或发生时间)与材料、结构、应力等关系的数学函数模型，一般形式如下：TTF＝f(D，M，E)，其中，TTF是故障发生时间，D是结构尺寸参数，M是材料参数，E是应力参数。环境应力主要包括温度、振动、湿度、电磁等。温度应力又分为恒温、温度循环、温度冲击，振动又分为周期振动和随机振动。工作应力主要是指电应力。

步骤二：确定主要失效机理中各种分散性的来源及表征方法，主要包括：