环境温度对飞机导线失效影响的分析及计算

1、.PAGE ：.； PAGE 30环境温度对飞机导线失效影响的分析及计算摘 要飞机导线是飞机电气线路互联络统的重要组成部分，它衔接着飞机的各个位置的电力安装，一旦失效，将会导致整个飞机电路的运转遭到影响。飞机导线的失效要素主要是由环境温度呵斥的。本文经过失效物理分析的方法分析环境温度对飞机导线失效的影响，并建立导线寿命分布模型。分析了飞机导线在温度作用下失效的阿伦尼斯方程的推导及相关参数的计算方法，并对加速寿命实验数据的分析方法进展了研讨。根据加速寿命实验数据，利用matlab计算得到导线寿命模型相关参数，得到了导线失效率随着温度温度的升高而增大的关系。关键词：飞机导线，环境温度，寿命模型，失

2、效率Analysis and calculation 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. Fa

3、ilure factors of 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 analys

4、is, research the 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 wiri

5、ng; environment temperature; life model; failure rate目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc356983894 摘 要 PAGEREF _Toc356983894 h i HYPERLINK l _Toc356983895 Abstract PAGEREF _Toc356983895 h ii HYPERLINK l _Toc356983896 第一章 引 言 PAGEREF _Toc356983896 h 1 HYPERLINK l _Toc356983897 第二章 飞机导线缺点 PAGEREF _Toc

6、356983897 h 2 HYPERLINK l _Toc356983898 2.1 飞机导线缺点综述 PAGEREF _Toc356983898 h 2 HYPERLINK l _Toc356983899 2.2 环境温度对飞机导线的影响 PAGEREF _Toc356983899 h 3 HYPERLINK l _Toc356983900 2.2.1 温度对导线的影响 PAGEREF _Toc356983900 h 3 HYPERLINK l _Toc356983901 2.2.2 湿度对导线的影响 PAGEREF _Toc356983901 h 3 HYPERLINK l _Toc35

7、6983902 2.2.3 冷热温度冲击对导线的影响 PAGEREF _Toc356983902 h 3 HYPERLINK l _Toc356983903 第三章 导线失效率的计算方法研讨 PAGEREF _Toc356983903 h 5 HYPERLINK l _Toc356983904 3.1 基于Bradley-Terry模型导线失效率计算方法 PAGEREF _Toc356983904 h 5 HYPERLINK l _Toc356983905 3.1.1 导线可靠性数据模型 PAGEREF _Toc356983905 h 5 HYPERLINK l _Toc356983906 3

8、.1.2 挑选专家评判结果 PAGEREF _Toc356983906 h 6 HYPERLINK l _Toc356983907 3.1.3 模型的修正 PAGEREF _Toc356983907 h 7 HYPERLINK l _Toc356983908 3.2 基于阿伦尼斯模型导线失效率计算方法 PAGEREF _Toc356983908 h 8 HYPERLINK l _Toc356983909 3.2.1 阿伦尼斯模型数学推导 PAGEREF _Toc356983909 h 8 HYPERLINK l _Toc356983910 3.2.2 阿伦尼斯模型特点 PAGEREF _Toc

9、356983910 h 10 HYPERLINK l _Toc356983911 第四章 加速寿命实验 PAGEREF _Toc356983911 h 10 HYPERLINK l _Toc356983912 4.1 产品寿命引见 PAGEREF _Toc356983912 h 11 HYPERLINK l _Toc356983913 4.2 加速寿命实验引见及目的 PAGEREF _Toc356983913 h 11 HYPERLINK l _Toc356983914 4.2.1 加速模型引见 PAGEREF _Toc356983914 h 11 HYPERLINK l _Toc356983

10、915 4.2.2加速寿命实验的目的 PAGEREF _Toc356983915 h 12 HYPERLINK l _Toc356983916 4.3加速寿命实验内容 PAGEREF _Toc356983916 h 12 HYPERLINK l _Toc356983917 4.3.1 温度加速 PAGEREF _Toc356983917 h 12 HYPERLINK l _Toc356983918 4.3.2 温湿度加速 PAGEREF _Toc356983918 h 13 HYPERLINK l _Toc356983919 4.3.3 温差加速 PAGEREF _Toc356983919 h

11、 13 HYPERLINK l _Toc356983920 4.3.4 高温实验 PAGEREF _Toc356983920 h 13 HYPERLINK l _Toc356983921 4.3.5低温实验 PAGEREF _Toc356983921 h 14 HYPERLINK l _Toc356983922 4.3.6 温度冲击 PAGEREF _Toc356983922 h 14 HYPERLINK l _Toc356983923 4.3.7 冷热冲击实验与温度循环实验的区别 PAGEREF _Toc356983923 h 15 HYPERLINK l _Toc356983924 4.3

12、.8 应力循环冲击 PAGEREF _Toc356983924 h 15 HYPERLINK l _Toc356983925 4.4 飞机导线加速寿命实验 PAGEREF _Toc356983925 h 17 HYPERLINK l _Toc356983926 第五章 导线失效寿命分布模型 PAGEREF _Toc356983926 h 19 HYPERLINK l _Toc356983927 5.1 寿命分布模型 PAGEREF _Toc356983927 h 19 HYPERLINK l _Toc356983928 5.2 威布尔参数估计 PAGEREF _Toc356983928 h 2

13、2 HYPERLINK l _Toc356983929 5.3 阿伦尼斯方程参数的计算 PAGEREF _Toc356983929 h 23 HYPERLINK l _Toc356983930 5.3.1 外形参数和尺度参数 PAGEREF _Toc356983930 h 23 HYPERLINK l _Toc356983931 5.3.2 加速寿命方程 PAGEREF _Toc356983931 h 24 HYPERLINK l _Toc356983932 第六章 总结与展望 PAGEREF _Toc356983932 h 25 HYPERLINK l _Toc356983933 参考文献

14、PAGEREF _Toc356983933 h 26 HYPERLINK l _Toc356983934 致 谢 PAGEREF _Toc356983934 h 27引 言1.1 研讨意义飞机导线是飞机电路的重要组成部分，作为飞机的神经系统，导线系统的重要作用之一是担负着电力、信号的保送和分配的义务。由于飞机构造的特点，导线的体积和分量遭到限制，通常运用直径较小且绝缘层较薄的导线。在飞行过程中，导线经常遭遭到化学污染、辐射、冷热、电、振动、摩擦、外力等要素的影响，其绝缘层非金属资料会出现磨损、腐蚀、老化等缺陷，金属资料也会遭到腐蚀、氧化，最终导致电弧短路或者断路的缺点，同时其电子设备内部电路特

15、性也会随之退化。其设备和线路的抗振、防潮和防腐才干均有所下降，从而使电子系统线路缺点有普遍和多发的特点，并且很难发现，呵斥供电中断的严重后果。飞机导线衔接着飞机的各个位置的电力安装，所以一旦飞机导线失效，就会导致整个飞机电路的运转遭到影响。飞机及其部件导线缺点是现代民用飞机常见的缺点。由于厂家装配不适当的缘由或者随着机龄的增长，导线老化、腐蚀、磨损等缘由，导线失效的缺点发生比较频繁。由于导线缺点有隐蔽性的特点，因此这类问题严重要挟了飞行平安，影响了航班的正常运作，同时也给航空公司呵斥了较大的经济损失。本文针对飞机导线的失效机理进展细致研讨，针对老化机理和影响要素诸方面加以分析并采取相应措施以减

16、少缺点的发生。经过本文的研讨，可以对航空公司及相关飞机导线消费公司一些技术上的参考，以减少一些经济损失。1.2 影响导线失效的要素据统计，2002年，南方航深圳维修厂执管的10架A320飞机中，就出现过多次导线缺点，如起动机导线束、P2/T2导线束和EEC导线束等缺点，为此而安排飞机停场修缮、改换导线达十多次，影响了该公司的正常航班运营。根据导线缺点发生的规律和维修行业的运转特点，思索到航空公司的本钱、航班正常等要素，可以以为：对于新飞机和部件，缺点发生率较高与制造和修缮厂家的制造工艺和技术程度有关，属于航空公司不可控要素；机龄或运用时间较长的飞机和部件也由于一些自然的不可控要素，如长期的高温

17、、污染、低压、高频振动等等，其缺点发生率也同样处于一个较高的程度。飞机维修和工程人员要尽量降低导线缺点对航空公司的影响，即尽快进入平稳区和尽量延伸平稳区的时间。 根据导线缺点发生的规律，可以采取自动预防的方法，在导线缺点发生之前就将缺点隐患进展纠正。首先，对于新飞机和部件进展反复而仔细地检查，尽早发现其中导线装配上的问题并采取正确的方法进展纠正来降低导线失效的概率。1.3 内容安排本文对一下内容进展安排：引见影响导线失效的要素；对环境温度影响下阿伦尼斯模型进展推导。对飞机导线失效的寿命分布模型进展研讨。对环境温度下飞机导线加速寿命实验进展研讨。对加速寿命实验得到的数据进展处置计算，得到环境温度

18、与导线失效之间的关系。第二章 飞机导线缺点2.1 飞机导线缺点综述线路缺点在飞机电气系统缺点中是较为常见的一种，其表现方式各有不同，有指示仪表不稳定，操控机械的不任务，信号不正常等。军用机和民用机的机龄超越10年之后，深埋在构造之中的总长可达几百千米的电线开场产生裂纹和磨损。人们一度以为这种缺点影响不大，长期被忽视，但这种缺点可在一架普通的飞机中出现几百处之多，而且难检测，其所产生的电弧和 电磁辐射能够是致命 的。飞机电线老化或绝缘层磨损是产生缺点主要原来由于飞机本身的构造限制，布线的空间和线路非常有限，大多数导线穿越于各金属构架之间。当飞机在空中长时间飞行，长时间的频繁振动可使电线相互顶住、

19、顶在衔接点处或任何其他硬外表时会擦破绝缘层。飞机维修时电线能够会被工人的钳子弄出缺口，或使它们 以超越允许的半径弯曲都会破坏电线绝缘层。绝缘层的损坏可使铜暴露，引起电弧、短路以及电磁辐射与干扰。飞机导线的绝缘层通常厚0.52mm由聚酰亚胺、聚氯乙烯、尼龙、聚酯或聚四氟乙烯等资料构成。飞机在航行中，由于高空和地面温差，机内导线周围会凝结很多湿气，长期在这种湿气中，绝缘层会变脆，产生小裂纹，从而使更多的湿气进入。湿电弧开场沿这些裂纹流过，但因所产生的断续的电弧太小，不能使普通的断路器跳闸，甚至不会对沿电线的信号传送产生干扰 。普通的断路器是热敏双金属元件，只需在大电流经过电路时有足够长的时间使该元

20、件加热时才跳闸。这种功率能够为额定电流1000%，继续0.35到0.8秒。比较起来，单电弧缺点能够只继续1.25毫秒，而一系列缺点事件能够继续2030毫秒。这些电弧缺点继续时间太短，不能使断路器跳闸，但可使电线产生灾难性的部分缺点，可在未触动断路器的情况下引发火灾。而且，小电弧会使绝缘炭化，而炭又是良导体，一旦积累足够的炭，就有能够产生大的爆炸性闪光，暴露的电线也会渗出熔化的金属。Letromec公司的工程师们曾对一架退役的波音747、A 300、L- 1011和两架DC-9的电线进展过测试，这些飞机的机龄 都超越20年。测试 结果是：L-1011 每 1000m电线中有13个裂纹，而其中一架

21、DC-9飞机的1000m电线中有1.6 个裂 纹L-1011约有240km电线，裂纹总数超越3000个，每个裂纹都能够产生灾难性的电弧。美国运输平安委员会N TSB 1996年对环球航空公司800次航班坠毁事故漫长的调查后断定，事故缘由是电线短路火花呵斥其中心机翼油箱爆炸。某些设计中的飞机，如美国空军运用的B-52是19611962年制造的，估计可飞到2045年737飞机于1968年投入航线运营，传统型波音737分 100/200/300/400/500型五种，目前均已停顿消费。A 320系列飞机1988年获适航证并交付运用。我国内地正在运营的民航客机中，波音737-300和A320系列占了很

22、大的比例，部分飞机已渐渐进入老龄化。更新而不是改换老飞机已成为省钱的普遍做法。总的来说，飞机内部导线会由于机龄，或对水、紫外线、温度、振动和过载的暴露，以及在正常运用和维修期间所受的应力等而老化。机龄超越20年的飞机一定存在电线问题，其中许多问题是在例行维修期间发现的。改换电线系统也是非常花钱的事情，一架典型的飞机 的电线改换费用为100万500万美圆。飞机电线的维修本钱也相当高，据估计，美国海军每年在飞机电线系统排故和修缮方面 要破费180万人时。由此可见，降低飞机电线缺点维修本钱的关键在于选用快速多功能的测试仪表对电线缺点进展分析定位，从而减少飞机缺点停场时间。2.2 影响飞机导线失效的缘

23、由2.2.1 接触失效1、导线的电接触是由接触对来实现的，接触对又是由插孔和插针组成的，插孔是弹性零件，其质量的优劣对接触能否良好起着决议性的作用。当插针插入插孔时，插孔产生弹性变形，对插针产生接触压力，接触压力的大小及其稳定性，对电接触产生直接影响。接触压力的不稳定或减小，引起电接触不稳定。甚至在一定机械应力作用下呵斥瞬断。插孔插入指针后，孔给针一个接触压力，而针反过来对孔产生一个反作用力，插孔长期遭到这反作用力的作用，会逐渐产生永久变形出现应力松弛、弹性疲劳景象。在长期高温负载的条件下，插孔也会出现蠕变景象，其结果使得孔对针之间的接触压力逐渐减小。当接触压力小到一定限制后，接触电阻随接触压

24、力减小而增大，最后呵斥接触不良。2、为了改善接触对的导电性能，减小接触电阻，使接触稳定。普通要在铜合金加工的接触对的外表镀银，接触对的镀银层在储存和运用过程中，遇到空气中的有害工业气体再加上空气中一定的潮温度(相对湿度在65%以上时)，接触对外表镀银层就会产生化学反响或电化学腐蚀。在镀银层外表生成硫化物(黑色)或氧化物(棕黄色)。4Ag+2H2S+O2=2AgS2+2H2O2Ag+SO2+2H2=AgS2+2H2O4Ag+O2=2Ag2O随时间的添加，这层化合物膜层也会增厚，使镀银层外表逐渐失去光泽而锈蚀变色。接触对遭到腐蚀后，生成的这层化合物电阻率很大，覆盖到银层外表。在接触压力小到难以擦破

25、这层薄膜，或接触对任务在低电平场所，小信号的弱电流或低电压小到难以击穿这层薄膜时，就会出现接触电阻增大，电接触不良及接触断开，信号通不过的景象。3、接触对在长期高温作用下，镀银层硫化或氧化反响的速度加快，膜层蔓延速度加快。由于接触对镀银层遭到腐蚀，接触对外表形状发生了改动。逐渐由镀银层与镀银层的接触，转变到银的化合物(主要是银的硫化物和氧化物)与银的化合物的接触。随着膜层增厚，接触形状改动，使接触电阻产生紊乱性添加。4、为了防止接触对的氧化和硫化腐蚀呵斥的接触不良，往往在接触对外表镀金；黄金是生成氧化物最少的一种金属，通常在金的外表吸附了一层氧，虽然第二层氧化物也随之产生，但强度很弱，在细微的

26、接触压力作用下就能去掉，对其导电性能没有影响；另外，也不会遭到H2S和SO2等气体的腐蚀，在任何恶劣的环境中都能坚持良好的化学稳定性。但在我们长期储存和长期任务寿命实验中，发现镀了金的接触对外表也会变色发黑。这是由于镀金层结晶成一种网状构造，且镀金层很薄，在镀金过程中不可防止地会在镀金层中出现一些微孔和裂纹。5、导线插合分开时，插针与插孔之间在一定的接触压力作用下，由于相对运动而产生摩擦，摩擦力的大小为：F=接触压力p摩擦系数u在摩擦过程中，会出现接触外表的光洁度损伤，几何外形改动、擦伤、粘连、产生磨屑，资料转移等，同时还伴随有热量产生。随着插拔次数的添加，插针插孔的外表镀层金属被磨损，显露基

27、底金属，在周围环境作用下产生腐蚀，构成接触不良。接触对外表磨损的程度与接触压力的大小，接触摩擦部位外表光洁度，接触对外表镀层种类、硬度、质量、接触对导向部位圆角能否光滑以及插孔接触部位几何外形等要素有关。在接触压力大，插针头部及插孔内孔口部圆角衔接差，接触部位粗糙度高，镀层资料硬度低，镀层质量差的情况下，接触对磨损更为严重。电衔接器的插拔寿命也低，接触稳定性也差。6、插针由于构造设计不合理，在冲制成形时焊线槽根部圆角太小，资料变形量大，产生应力集中，以致在内应力的作用下出现断裂。2.2.2 绝缘失效1、有的导线的绝缘资料，如酚醛塑料，其吸水性极大，在潮湿的环境中长期储存和运用时，水分子不仅附着

28、在绝缘资料外表，而且还能沿资料的毛细孔浸透到绝缘体内部。在交变潮热的情况下，再加上毛细孔作用，绝缘资料吸潮更为严重。由于绝缘体外表和内部都有水分子，使得它的外表电阻和体积电阻都下降，从而使整个绝缘电阻大大下降。2、绝缘安装板的原资料中混有金属屑，磁选时未去除干净，在压制成形时金属屑镶嵌在安装板中。3、产品的构造设计不合理，呵斥组装后的产品内有金属多余物，这种金属多余物缩短了绝缘有效间隔 ，降低了绝缘电阻和抗电强度，最易使绝缘体击穿。4、导线在插拔过程中，接触对被磨损后掉下来的金属磨屑附着在绝缘安装板外表。此外，电衔接器在潮湿并加极化电压的情况下，在电位差作用下构成电解场，产生镀层金属离子迁移景

29、象，其结果也减少了绝缘有效间隔 ，降低了绝缘电阻和抗电强度。5、导线在消费制造或储存运用过程中，由于环境清洁条件差，使灰尘及其它污物粘附在绝缘安装板外表，以使接点之间，接点与外壳之间的绝缘电阻和抗电强度降低。6、固定绝缘板的涨圈，遭到多次温度冲击，镀锌层由于急剧热胀冷缩，引起大块的起泡或零落，严重时构成外壳与接点之间的短路，呵斥绝缘失效。7、导线的接触对由绝缘安装板固定其相互位置，接触对之间，接触对与外壳之间由绝缘板和空气隙组成，绝缘板的绝缘抗电强度普通比空气隙高，因此在正常条件和低气压条件下，电击穿通常首先发生在空气隙中，特别是在尖角棱边处空气隙击穿产生电弧，由于电弧的高温将附近的绝缘资料外

30、表烧焦碳化而短路，呵斥绝缘失效。2.2.3 机械衔接失效的主要缘由1、电衔接器在运用衔接到位后，还过力紧固，呵斥部件损坏，衔接卡死，或者运用中不慎跌落，呵斥外壳变形，螺纹损伤。衔接器头座不能衔接。2、绝缘资料的机械强度差，特别是抗冲击性能差，安装板的台阶薄，内台圆角半径过小，安装板塑压成形后，卸模冷却的过程中容易产生应力集中，在运输过程中遭到冲击碰撞外力作用，而使安装板开裂掉块。3、导线的针孔接触部位长，在衔接螺帽旋开后，插针与插孔还未完全脱离接触。为了抑制插孔对插针的分别力，需用人力硬将插头从插座拨出，在插拔过程中头与座的中心偏斜，插针头部将安装板孔周围的塑料崩落下来，呵斥安装板掉块。5、导

31、线在长期潮湿条件下，绝缘板吸潮膨胀，或在过高的温度下，绝缘板软化变形，几何外形和尺寸发生了改动，使得头与座无法配合或分别，不能插拔呵斥衔接失效。6、导线接触对的可焊性差。2.2.4 环境温度对飞机导线的影响1、温度对导线的影响当讨论产品寿命时,普通采用0规那么的表达方式。详细运用时可以表达为“10规那么等，当周围环境温度上升10时，产品寿命就会减少一半；当周围环境温度上升20时，产品寿命就会减少到四分之一。这种规那么可以阐明温度是如何影响导线寿命失效的。高温对导线的影响：老化、氧化、化学变化、热分散、电迁移、金属迁移、熔化、汽化变型等。低温对导线的影响：脆化、结冰、粘度增大和固化、机械强度的降

32、低、物理性收缩等。2、湿度对导线的影响高温高湿条件作用实验样品上，可以构成水气吸附、吸收和分散等作用。许多资料在吸湿后膨胀、性能变坏、引起物质强度降低及其他主要机械性能的下降，吸附了水气的绝缘资料不但会引起电性能下降，在一定条件下还会引发各种不同的失效，是影响电子产品最主要的失效环境。湿度对导线的影响：腐蚀、离子迁移、分散、水解、爆裂、霉菌、3、冷热温度冲击对导线的影响高温暖低温的失效都会反映在冷热温度冲击实验中，冷热冲击实验只是加速了高温暖低温失效的产生。下面归纳了实践消费或运用环境中存在的具有代表性的冷热温度冲击环境，这些冷热冲击环境经常是导致导线失效的主要缘由。1设备能够在温度较低的环境

33、中衔接到电源上，导致设备内部产生峻峭的温度梯度。在温度较低的环境中切断电源能够会导致设备内部产生相反方向峻峭的温度梯度；2设备能够会由于降雨而忽然冷却；3当航空器起飞或者降落时，航空器机载外部器材能够会出现温度的急剧变化。 2.3 基于阿伦尼斯模型导线失效率计算方法2.3.1 阿伦尼斯模型数学推导产品的特性退化直至失效，是由于构成其物质的原子或分子因化学或物理缘由随时间变化发生了不良的变化反响。这种变化或反响的结果使变化积累到一定程度就发生失效。失效就是产品寿命的终结。所以反响速度越快，寿命越短。1889年阿伦尼斯在研讨温度对酸催化蔗糖水转化反响的根底上总结出：某产品性能退化速率与激活能的指数

34、成反比。其表达式为： (2-12)式中，M为产品某特性值的退化量；M/t表示温度在T(热力学温度)时的退化速率，退化速率是时间t的线性函数；玻耳兹曼常数k=8.617105 eV/；T为绝对温度；A0为常数；t为反响时间；E为失效机理激活能，以eV为单位，对同一类产品的同一种失效方式为常数。令产品初始形状的退化量为M1，对应时间为t1；另一形状的退化量为M2，对应时间为t2。那么，当温度T为常数时，从t1t2的累积退化量： (2-13)得 (2-14)令t=t2t1 得t=(M2M1)/A0exp(E/kT) (2-15)当退化量M2到达某个值Mp时，那么以为该器件失效，而影响到由产品构成设备

35、的性能参数或任务。这时的时间差(t2t1)就是产品从t1开场延续的寿命L。即 (2-16)令A=ln(MpM1)/A0，B=E/k，得lnL=A+(B/T)。式中，A，B是待定参数；L为某寿命特征，如中位寿命，平均寿命等。lnL=A+(B/T)是线性化的寿命与温度的关系模型，它符合化学反响器件的寿命L与温度T的关系。该模型阐明，寿命特征的对数是温度倒数的线性函数。当在不同温度T1，T2下，经过时间t1，t2后特性值或退化量一样，可利用(2-1)式推出加速系数公式 (2-17)上式是基于退化量一样导出的。目前，国内外比较成熟的加速寿命实验数据处置方法都是基于失效数据的。对于长寿命产品，在很长的时

36、间内极少出现失效景象，因此传统的基于失效数据的实验数据处置方法在运用时会遇到很多困难。2.3.2 阿伦尼斯模型特点阿伦尼斯模型有下述特点： 该模型反映的是产品某特性量与激活能和所施加应力的关系； 阿伦尼斯模型运用的寿命与温度的表达方式及加速因子都是基于退化量一样导出的。这就为加速寿命实验提供了另外一条途径，即利用某性能参数或特征量退化数据对产品的可靠性进展评定、推断。第三章 导线失效寿命分布模型在可靠性研讨中，普通都以为电子元器件在任务过程中产生的失效是偶尔的，其寿命服从指数分布，电衔接器也不例外，这是由于指数分布：有时能得出一个虽然粗糙但有用的结果：因长期运用而被神化；仅有一个分布参数，而且

37、此参数是常用的可靠性特征值一失效率或平均寿命；数据分析处置方法比其它分布都要来得简单。但是，在工程实践中，大约仅有15的电子产品寿命可用指数分布恰当地加以描画。换句话讲，约有85的电子产品其寿命不服从指数分布，其缘由是电子元器件的失效分布不仅与失效方式：失效机理和器件构造有关，还与其接受的应力和任务环境等诸多要素有关，而指数分布仅含一个参数，就难以在各种条件下恰当地描写电予元器件的可靠性寿命特征。3.1 寿命分布模型对于飞机导线来讲，环境应力作用下，思索其主要失效方式，只需其中有一根导线失效，就会导致整个线路失效，因此，从功能上看，整个线路好像一个由一系列导线对组成的串联络统，其寿命分布是一个

38、最小极值问题。假定整个线路有n条导线，第i条导线的寿命为Ti (i=1，2，n)，每条导线的寿命分布都为Fe(t)，即Ti为服从于Fe(t) (i=1，2，n)的随机变量，并假设T1，T2，.,Tn是相互独立的。现记T(l)为导线寿命T1，T2，.,Tn中的最小值，即： T(l)=minT1，T2，.,Tn 3-1我们的目的是求得导线的寿命分布，而整个线路的寿命也就是一切导线中性能最差的导线的寿命，也就是T(l)，因此，我们的目的就转化为求T(l)的分布。 先看T(l)t的概率。事件T(l)t就是T1tT2t.Tnt，这是由于T(l)是T1，T2，.,Tn中的最小者，假设最小者T(l)t，那么

39、T1，T2，.,Tn中任何一个都应该大于t，因此，有： PT(l)t=P(T1tT2t.Tnt) 3-2根据假定T1，T2，.,Tn是相互独立的，那么有：PT(l)t=PT1tPT2t.PTnt 3-3由于分布函数Fe(t)，有：Fe(ti)=1 - PTit (i=1，2，n) 3-4又由于Ti都服从同一个分布Fe(t)，那么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)的分布函数为： 3-7式(3-24)称为最小极值分布函数，也就是导线的接触寿命分布函数。其次思索导线的寿命分布Fe(

40、t)。由于接触对随着高温作用时间的添加，磨损腐蚀物(为具有可比性此腐蚀物假定为单位面积上的)的体积逐渐增大。令Vi (i=l，2，n)表示第i次磨损循环后的腐蚀物体积，显然V1V2V3 .0 3-12假设用v表示磨损氧化物的体积量，即退化量(或特性值)，t为时间，K为反响速度，即退化速度，那么有：式中，K系反响速度常数，取决于环境温度的大小，与时间无关。经过积分并思索边境条件可得腐蚀物体积v与时间t的关系为：v=Kt那么v=Kt，代入式(3-12)，由于v=Kt为一严厉的单调函数，所以有 3-13再令，那么上式可写为：t0 3-14此式的物理意义为：当时间为t时腐蚀物体积v的概率密度。由于腐蚀

41、物体积越大，接触电阻越大，导线产生接触失效的能够性也大，因此，式(3-14)即为导线的失效分布概率密度函数。由此可得，导线的寿命分布函数为：t0 3-15然后，假设将式(3-30)代入式(3-24)，得到严厉的导线寿命分布函数表达式，但难以计算。不过，在式(3-24)中，当n时，假设Fe(t)左端尾部无界，趋向于I型极小值分布 3-16即通常所说的极小值分布，式中为位置参数，为尺度参数；Fe(t)没有有限矩，那么趋向于II型极小值分布；假设Fe(t)左端尾部有界，且满足 c, a0时，趋向于II型极小值分布： 3-17即两参威布尔分布。式中：m为外形参数，为尺度参数或特征寿命。3.2 威布尔参

42、数估计整理式(3-33)，并对方程两边取两次对数后可得： 3-18令 3-19那么有线性方程： 3-20利用恒定应力Ti的实验数据，将失效时间tj按照从小到大的顺序陈列，累积失效概率Ftj按以下中位秩公式计算： (j=1，2，.，ni) 3-21因此得到一组实验数据： (j=1，2，.，ni) 3-22根据式3-19，那么式3-20可转化为： 3-23采用最小二乘法对式3-23的数据进展直线拟合，拟合直线的系数ai，bi(i=1，2，.，n)分别为： 3-24由式3-19、3-24可得在温度应力Ti下的外形参数mi、尺度参数特征寿命为：mi =ai ， 3-243.4 导线失效率估计研讨由于在

43、同一类型应力作用下，导线的失效机理是不变化的，所以在不同应力程度下导线失效服从的威布尔分布外形参数是不变的。针对5.2节中建立的三种方式的环境应力-导线失效寿命模型，可以经过对导线失效数据进展统计得到其寿命分布参数，再结合回归分析方法从而获得相应环境-应力模型的完好表达方式。然而，常态下无法获得完好的导线失效数据。在研讨过程中常采用加速寿命实验的方法获得其失效数据。3.4.1外形参数及特征寿命的求取方法导线失效率函数符合威布尔分布，通常经过实验方法获得其威布尔分布的外形参数m及特征寿命参数。二参数威布尔分布的极大似然公式如下： 3-25其中，m为外形参数， 为特征寿命参数，n为测试的样本数，为

44、样品失效数，为截止的失效时间，实验数据为t1t2，对于定数截尾寿命实验规定=。该公式适用于定时截尾，定数截尾以及全寿命截尾的样本测试方法。加速寿命实验的主要目的是为了估计正常应力程度下的寿命分布，这可以经过外推加速应力下的实验数据得到。因此需求一个关于寿命和加速应力间关系的模型，通常称此模型为加速模型。普通加速寿命模型可分为三类。物理模型，其普通表征某种详细失效机理的情况，不能用于其他失效机理；类物理模型，该模型并不基于某种特定的失效机理，而是建立在产品失效的普通性规律根底上，它比物理模型运用广泛，比阅历模型准确。阿伦尼斯模型就是基于温度影响原子分散建立的类物理模型。阅历模型，不了解产品的失效

45、机理时只能经过数据拟合得到阅历模型，在运用此方法外推时具有较大的不确定性。本实验对温度、振动及其混协作用采用的是类物理模型。加速寿命实验类型按照施加应力的方式，分为恒加、步进及序进应力加速寿命，本实验拟在不同温度和机械振动应力条件下对导线开展恒定应力加速寿命实验获取的实验数据，利用实验数据估计不同温度和机械振动应力条件下的导线威布尔分布函数中的参数m和，从而获得不同温度和机械振动应力条件下导线寿命分布密度函数和导线的失效率函数。从恒定应力加速寿命实验的实验数据得到m和极大似然估计的实验过程：设导线正常的应力程度为S0表示温度应力或机械振动应力，k个恒定加速度应力程度为S1，S2，.，Sk，并且

46、S1S2.Sk。随机抽取被测导线总样本中的k个子样本，每个子样本的样本容量分别为n1，n2，.，nk；第i个子样本在恒定加速应力程度Sk下进展寿命实验，设该组的ni个样品有ri个失效，该组导线失效时间依次为：。第四章 加速寿命实验4.1 产品寿命引见产品的寿命包括运用寿命 取决于环境、资料、构造、装配、 加工等多种应力要素。因此，要得到产品寿命的可靠性规律该当在实践运用条件下考核。在产品的研发阶段，就必需对产品的寿命可靠性规律有一定的掌握，才干设计好维修性体系，确定寿命周期本钱LCC。用实践运用条件下几年甚至几十年实验得出寿命的可靠性规律显然是等不及的，也是不现实的。一种常用的方法是类似产品法

47、，用类似产品的寿命可靠性规律来估计正在研 发的产品的寿命可靠性规律；另一种常采用的方法是用一、两个关键应力的加速寿命实验结果，外推估计本产品在运用条件下的寿命可靠性。由于应力 种类很多，采用一、两个例如温度、电压等应力的加速寿命实验结果只是其中的一部分，加之应力寿命的数学模型普通都较粗糙，因此外推结果有相当的偏向。例如对于某些航空产品来说，假设外推估计的误差在30%以内，曾经算是相当好了。又如对裂纹扩展寿命的数学模型Paris公式，美国机械学会引荐平安系数为20，即假设该模型外推应力循环6 次，那么以为该产品的运用寿命为5次。在产品研发阶段必需对一、两种关键应力做加速寿命实验外推寿命的可靠性规

48、律，与类似产品法一同估算，作为维修性设计的根底。与此同时，又必需做运用条件下的寿命实验，并搜集现场寿命数据进展统计分析，用实践的寿命可靠性规律修正原来的估算，修订维修性方案。 4.2 加速寿命实验引见及目的加速寿命实验的根本思想是利用高应力下的寿命特征去外推正常应力程度下的寿命特征。实现这个根本思想的关键在于建立寿命特征与应力程度之间的关系，利用这个关系实现外推正常程度下寿命特征目的。这种寿命特征与应力程度之间的关系就是加速模型，又称加速方程。4.2.1 加速模型引见加速模型可分为物理加速模型和数学加速模型。物理加速模型是经过失效机理相关的物理原理推导得到的加速模型。物理加速模型的数学表达方式

49、为知，知识模型参数待定，因此物理加速模型的加速寿命实验的根本义务就是经过实验对模型参数进展识别。数学加速模型通常适用于多环境要素的加速寿命实验，经过寿命特征与应力要素的多项式回归来建立加速模型。物理加速模型中最典型、运用最广的是反响速度模型。这类缺点发生的缘由是由于氧化、析出、电解、分散、蒸发、磨损和疲劳等要素。普通来说，当产品有害反响继续到一定限制，缺点随即产生。反响速度论模型很多，阿伦尼斯(Arrhenius)模型是最典型、运用最广的加速模型。4.2.2加速寿命实验的目的半导体工艺技术的创新在近几年盲目的推进。此外，用于要求缩短产品开发时间。作为产品开发产品可靠性处于一样的情况，必需在短时

50、间内知道可靠性特征。基于这种情况下加速的寿命实验是经过最小样品尺寸和最短的测试时间来知道可靠性的方法。JIS规范定义“加速实验是“为了缩短测试时间执行比规范条件更严酷的条件下进展的测试。在严酷的条件下进展测试可用少点样品在短时间内预测市场失效率，因此减少要求的时间和费用证明可靠性。4.3加速寿命实验内容4.3.1 温度加速温度对半导体的寿命影响是很大的，因此运用温度加速寿命的加速实验的最常见的方法。温度基于的反响是由空气一致，空气模型被广泛用于半导体产品寿命预测这种空气模型公式表示如下： 3-1其中：寿命；Ea：活化能 (eV)；T：绝对温度 (K)；A：常量；K：波尔兹曼系数。上述公式显示半

51、导体寿命取决于半导体遭到的温度。加速的测试利用这一特性被称为温度加速测试不过例如一些由于热载体的影响导致的失效(高能源载体产生的电场捕捉的栅氧化膜的景象)能够有负面的活化能值。当加速这些类型的失效，作为温度测试添加实验效果是减少的。4.3.2 温湿度加速大规模集成电路在高温高湿环境为了解暴露在高温、 高湿下进展测试半导体的寿命。高温高湿偏压测试，蒸汽压力测试，温湿度环境应力高加速实验等，通常都被用于湿度加速实验。湿度很少被用作确认防潮的独一加速因子，而普通运用温度和湿度应力的组合。这为了促进湿度水的反响，并导致添加湿度寿命的加速。湿度相关寿命的一半公式表示如下：其中：寿命；A，n：常量。不断没

52、有关于湿度相关寿命的规范化公式，与每个制造商运用他们本人的特征常数对加速的寿命计算结果。特别是与湿度加速度添加至约 100%为加速目的相对湿度能够会导致样品冷凝，使它不能够确定原始的抗潮湿寿命。因此必需给予温湿度控制做过的关注。4.3.3 温差加速半导体包括各种各样的资料的组合，并且这些资料的热膨胀系数也广泛的变化。每次器件阅历温差因每种资料的热胀系数之间的差别导致损坏 内部力量 累积 或忽然解体，导致最终失效。根据温度区别的加速测试被用于知道寿命。运用对实验器件是有效的比那些通常遇到更大的温度差的温度循环加速测试评价由温度差别所引起的损坏。当暴露于高低温，温度循环实验用于评价器件抵抗的测试，

53、和抗暴露于在两个极限温度的温度变化的才干。这些测试允许确认半导体产品抗市场上温度的应力。(例如，阅历白天到夜间汽车内遗留的设备所阅历的温度变化，电源开启或封锁器件从高温到本身温度的冷却。)有关温差的寿命由Coffin-Manson方式定义，且表示如下：其中：寿命；A，m：常量。这公式阐明加速的测试可以经过提供到达温差建立温度循环寿命。4.3.4 高温实验产品寿命遵照10规那么，因此高温实验作为最常用的实验，用于元器件和整机的挑选、老化实验、寿命实验、加速寿命实验、评价实验、同时在失效分析的验证上起重要作用。高温实验的技术目的包括：温度、时间、上升速率。留意产品和元器件的最大耐受温度极限。样品放

54、入实验箱内为坚持样品的受热均匀性，样品间隔 箱壁的间隔 最少为5cm。GB/T 2423.2中高温的实验方法分：散热样品的温度渐变，非散热样品的温度渐变。实验终了后需求将样品在箱体内恢复至稳定形状，或将样品放置在常温常湿环境下进展恢复至稳定形状。4.3.5低温实验低温实验用于考核产品在低温环境条件下储存和运用的顺应性，常用于产品在开发阶段的型式实验、元器件的挑选实验。低温实验的技术目的包括：温度、时间、上升速率。留意产品从低温箱取出时由于温度突变会产生冷凝水对温度循环、温度冲击、湿热实验均适用。样品放入实验箱内为坚持样品外表温度的均匀性，样品间隔 箱壁的间隔 最少为5cm。GB/T 2423.

55、1中低温的实验方法分：散热样品的温度渐变，非散热样品的温度渐变。实验终了后需求将样品在箱体内恢复至稳定形状，或将样品放置在常温常湿环境下进展恢复至稳定形状，在特定环境下会要求对样品吹稍热的风进展解冻再进展升温至稳定形状。4.3.6 温度冲击温度冲击实验目的是为了在较短的时间内确认产品特性的变化，以及由于构成元器件的异种资料热膨胀系数不同而呵斥的缺点问题。这些变化可以经过将元器件迅速交替地暴露于超高温暖超低温的实验环境中察看到。冷热冲击实验不同于环境模拟实验，它是经过冷热温度冲击发如今常温形状下难以发现的潜在缺点问题。决议冷热温度冲击实验的主要要素有：实验温度范围、暴露时间、循环次数、实验样品分

56、量及热负荷等。温度冲击设备有：两箱法、三箱法和液槽式三种，其中设备内湿度不能超越50% RH即20g/m。常做的快捷温度冲击的条件：-65，150，停留时间14min，循环次数：300个如以下图为此实验单个循环的温度曲线。图3.1 单个循环的温度曲线产品实验终了后应对样品有12小时的恢复期。4.3.7 冷热冲击实验与温度循环实验的区别冷热冲击实验与温度循环实验的区别如下表所示。表3.1 冷热冲击实验与温度循环实验的区别冷热冲击实验温度循环实验温度变化速率急剧2030/min缓慢15/min循环次数 510个循环多至1000循环510个循环多至1000循环 热平衡正好到达液槽式为到达到达 实验时

57、间短长用途1.膨胀系数不同引起的衔接部剥离2.膨胀系数不同龟裂后水分进入3.水分渗入导致腐蚀及短路景象发生的加速实验1.经过长期实验发现腐蚀倾向2.长时间地多次循环察看应力疲劳景象3.调查分析市场失效的相关性运用设备冷热冲击实验箱高低温实验箱4.3.8 应力循环冲击20 世纪末，在中国推行寿命实验时，因以电子产品为主由此呵斥一种错觉似乎影响电子产品寿命的主要是温度及电压两种应力。很多实际及实验都重点思索这两种应力。实践上，温度循环对寿命影响相当大。有实验总结，与有关其中是温变率，R为温差，N为循环次数。但影响寿命的要素有很多，即使对于电子元器件来说，也不止温度与电压两个应力。例如湿度就是一个重

58、要要素，潮气侵蚀对某些元器件是致命的。如很多用塑料封装的集成电路IC，由于塑料充填物与IC 管壳的热膨胀系数不匹配，热胀冷缩构成缝隙，潮气侵入内部呵斥失效。据不完全统计，现代工业中重要的构造缺点80%以上都是由于疲劳失效引起的。金属、塑料、橡胶、木材、混凝土、陶瓷及复合资料都有这个问题。对于一定的应力si，资料耐受此应力的次数即寿命为，假设资料受k种应力s1，s2，.，sk作用，作用次数为n1，n2，.，nk，那么资料遭到的累积损伤为，时，资料即失效。这即Miner的线性累积损伤公式。实际上可以证明当资料疲劳失效与加载顺序无关时Miner公式是成立的，但普通塑性损伤资料疲劳失效与加载顺序有关，

59、参考Miner公式就有相当误差。振动是一种交变应力。不同的振动类型，如定频正弦振动、扫频正弦振动、随机正弦振动等对寿命的影响有较大差别，不同功率谱的影响也是很不一样。国标给出的典型功率谱密度与实践某些产品也不同，因此结果也不会一样。很多构造件在交变载荷或应力下会诱发产生裂纹，裂纹产生前的应力循环次数叫五裂纹寿命。裂纹构成后，在应力循环下，裂纹会渐渐扩展，到一定尺寸会断裂，即构造失效。这一段的应力循环次数叫裂纹扩展寿命。设为裂纹长度单位:mm，N为循环次数，K为应力强度因子幅值单位：Mpmm 1/2，Paris总结很多实验规律提出Paris公式：。以 k 为横坐标，d/dN 为纵坐标，在对数坐标

60、纸上将为不断线。实践上如图3.2所示，在区域内才近似为不断线。图3.2 裂纹寿命很多工程人员把金属看成一个弹性体。但金属的弹性是有界限的。在超越该界限的应力作用下会产生塑性变形以致不能恢复原状，于是功能降低甚至失效。例如弹簧，如长时间紧缩 ， 会引起屈服 ，弹簧压力降低。机械产品的磨损缺点是普遍存在的，影响它的是相互接触的资料组合，外表的接触压力及磨损速度、光滑油等，还没有一个很适宜的数学模型。金属含有结晶组织结晶构成对化学侵蚀的抵金属含有结晶组织结晶构成对化学侵蚀的抵细微裂纹，使得构造强度大幅下降，这是应力集中的缘由。以上的简要表达，阐明影响运用寿命的要素很多。两个模型得出的结论只能反响一两