基于容差分析的电子电路可靠性评估方法及其应用研究

发布时间：2020-07-01 16:18

【摘要】：电子元器件由于生产工艺波动、工作环境、应力激励以及自身退化等因素的影响,在服役期间其参数值会产生容差甚至超出额定范围而导致失效。容差是决定电子电路性能的关键因素之一,也是决定电子电路设计成本的关键因素之一,由此可见在设计阶段有必要对电子电路进行科学的容差分析。另一方面,随着电子电路集成度和工艺制造水平的飞速提高,大规模电子电路的可靠性一直是电子电路领域的研究热点和难点。电子电路的容差分析和可靠性分析具有密切关系,容差分析能帮助设计者把握输入不确定性因素中的关键元素,为可靠性分析奠定基础;反之,可靠性是容差分析的关键目标。本文在容差分析理论基础上,探索电子电路建模和功能可靠性仿真手段,开发基于容差分析的可靠性评估和设计的方法,具体研究内容和创新点如下:(1)针对电子电路容差故障中的偏移故障,提出了一种基于仿真的故障模式定量分析方法。首先给出故障模式定量分析方法的技术要点和分析流程,随后展开对偏移故障的研究。讨论运用Saber平台进行故障模式定量仿真分析的优势,以及电子元器件建模工具和建模方法。接下来研究电子电路中常见的偏移故障及其故障机理,并解决故障注入、量化故障判据以及故障模式定量仿真分析等问题。最后用以上方法对1553B通信总线模块进行建模和故障模式定量仿真分析。(2)针对电子电路容差故障中的软故障,提出了一种基于灵敏度分析的电子电路可靠性评估方法。首先分析了目前主流的灵敏度分析方法,研究电子电路考虑退化情况的数学建模方法,得出基于灵敏度的电路退化模型。为了衡量电子电路输出特性退化速率,展开电子电路退化指标的研究。最后基于灵敏度分析展开对Sallen-Key带通滤波器的退化容差分析。(3)提出一种基于容差分析的可靠性设计方法,目的是在满足可靠性要求的同时最小化电子电路设计成本。首先对电子电路输出特性和约束条件进行分析,介绍基于正交设计的灵敏度仿真分析方法。在灵敏度分析的基础上通过蒙特卡洛仿真和回归分析,确定电路成本与容差的回归方程。随后得到电子电路基于最优成本的目标函数和约束条件,确定最优容差方案。最后用以上方法对前文中的电源模块进行可靠性设计。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN70
【图文】：

容差分析,温度效应

第一章绪论差分析方法分为温度效应分析、参数偏差分析以及退化效-2。温度效应、退化效应涉及到更多的是微电子器件材料属子电路的重要特性也是一种电子电路性能评估方法，但是集中于故障诊断领域的应用；蒙特卡洛方法具有流程简单在工程中运用较多。从近十年相关文献来看，容差分析的面：容差分析算法理论、基于最坏情况的容差分析、容差

示意图,不确定性分析,示意图,参数漂移

第二章电子电路容差分析图 2-4 为某 1200μF电解电容在服役期间电容值的不确定性分析示意图，由于初始容差、老化、温度、辐射等因素的影响造成了容值在中心值 1200 附近波动。其中-20%、-28%、-10%等代表相应环境应力对参数漂移影响所占比重，参数漂移的极值甚至达到标称值的70.4%，可见电子元器件容差特性不容忽视[32]。

【参考文献】