基于概率物理的稳压二极管使用寿命快速预测方法与流程

本发明涉及可靠性，更具体的说是涉及基于概率物理的稳压二极管使用寿命快速预测方法。

背景技术：

1、稳压二级管又叫齐纳二极管，是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，此类二极管杂质浓度比较高，空间电荷区的电荷密度比较大，电荷区狭窄，容易形成强电场，是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。稳压管在反向击穿时，在一定电流范围内(或者说一定功率损耗范围内)，端电压几乎不变，称之为稳压特性。广泛应用于稳压电源和限幅输出端电路中，其性能表现对整个电路的输出影响很大。在电源产品性能和可靠性要求大幅提升的时候，对于稳压二极管的使用可靠性的研究必不可少。

2、现阶段，电子元器件和产品寿命不断延长，传统在大样本情形下的经典寿命预测方法无法在有限时间内获取足够的失效数据，甚至没有失效数据，无法建立有效的寿命分布模型。现代工业生产具有“多品种、小批量、快速生产”的特点，产品受到经费和时间的限制，只能允许少量寿命试验样本的情形下，获取的失效数据甚少，导致传统寿命预测理论可信度受到质疑。而绝大多数产品都有自己的性能特征，在工作或者储存过程中，这些性能会随着时间的延长而逐渐衰退，直至无法正常工作。通过从产品性能参数着手，对表征产品功能的某些量进行连续测量，取得退化数据，退化数据所提供的丰富的寿命信息，可弥补长寿命产品寿命预测信息量不足的问题。

3、但是，产品寿命的延长使得其正常应力条件下退化速度较慢，意味着在正常使用情况下完整的性能退化数据的获取也变得困难，在合理时间内难以做出有用的推断。

4、因此，如何实现稳压二极管使用寿命的快速预测是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于概率物理的稳压二极管使用寿命快速预测方法，利用退化数据对产品功能的退化过程进行分析，结合概率物理判断产品寿命特征参数，建立退化模型，给出模型参数估计值，在此基础上，通过设定失效阈值标准和建立产品寿命分布模型，可实现对产品寿命的预测，同时可以利用提高应力的方法加速性能参数的退化过程，从而在较短的时间内得到可用的退化信息，实现产品寿命快速预测。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于概率物理的稳压二极管使用寿命快速预测方法，包括以下步骤：

4、对待测稳压二极管样品进行加速试验，采集退化数据；

5、根据退化数据建立退化分布模型并利用可靠度函数进行参数极大似然估计，获得样品在不同试验应力下不同测量时刻的退化分布模型参数估计值；对不同试验应力下样品的退化分布模型参数估计值的平均值在时间上进行线性拟合获得不同试验应力下的退化模型；

6、根据不同试验应力下的所述退化模型和参数估计值，结合寿命加速模型进行拟合，构建寿命加速方程，并获得拟合曲线；

7、获取待预测工作应力，利用所述寿命加速方程求解相应性能退化率，构建相应可靠度函数；利用寿命加速方程预测正常工作应力下退化分布模型；

8、根据待预测可靠度结合相应可靠度函数获得待预测工作应力下的待测稳压二极管使用寿命。

9、优选的，在加速试验中以输入电压为试验应力条件，测量不同试验应力下样品稳压值随时间变化的数据作为退化数据；通过设置固定试验时长或者固定失效参数阈值结束试验。

10、优选的，同一试验应力下的同一测量时刻各样本的稳压值符合weibull分布，采用weibull型退化分布模型构建退化模型；性能退化分布即性能退化量y小于或者大于失效阈值的概率分布；

11、如果性能退化量y服从形状参数为my(t)、尺度参数为ηy(t)的weibull分布，则当产品失效判据为y≤df时，df为失效阈值，表示可靠度与性能退化量分布关系的可靠度函数如式(1)所示：

12、

13、当失效判据为y≥df时，可靠度函数如式(2)所示：

14、

15、将不同试验应力下的不同测量时刻各样本的稳压值作为性能退化量代入式(1)或式(2)进行参数极大似然估计拟合，得到在不同试验应力下不同测量时刻的退化分布模型参数估计值，包括尺度参数估计值和形状参数的估计值，分别作为形状参数和尺度参数代入公式(1)和(2)中，获得退化分布模型可靠度函数，评估产品可靠度；产品在t时刻性能退化量的形状参数(一般与时间无关)与尺度参数；

16、将尺度参数估计值的平均值进行线性拟合获得退化模型，退化模型表达式为：

17、ηy(t)＝kt+b                       (3)

18、其中，ηy(t)表示尺度参数；t表示时刻；k表示斜率；b表示截距；形状参数my(t)不随时间变化。

19、优选的，寿命加速模型为逆幂律模型，表达式为：

20、r＝av-b                         (6)

21、其中r为性能退化率；v为试验应力；a、b均为未知常量；

22、对逆幂律模型取对数，表示为

23、lnr＝lna-blnv                    (7)

24、分析尺度参数η的退化模型的斜率k与试验应力，以及形状参数m与试验应力的相关度，分别将退化模型的斜率k和形状参数估计值作为性能退化率代入式(7)得到加速方程和拟合曲线。寿命加速方程包括尺度参数加速方程和形状参数加速方程；将k作为退化率参数，利用不用应力v下的k值数据，结合公式(7)(公式(6)和公式(7)等价)进行拟合获得尺度参数加速方程的a、b值；同样，由于形状参数my(t)的值在特定应力下不随时间变化，所以直接选取m作为性能退化率进行形状参数my(t)的加速方程拟合求解。

25、优选的，将获取的待预测工作应力代入所述寿命加速方程，获得相应性能退化率，包括退化模型的新斜率和形状参数；形状参数作为退化分布模型参数；

26、将新斜率代入退化模型计算获得尺度参数；

27、将形状参数和尺度参数代入公式(1)和(2)获得相应可靠度函数；

28、根据待预测可靠度和相应可靠度函数获得待预测工作应力下的使用寿命；向相应可靠度函数输入一个待预测可靠度，获得对应的一个时间t，该时间即为使用寿命。

29、公式(6)为寿命加速模型(针对尺度参数ηy(t)，形状参数my(t)不随时间变化，不考虑)，当已知一个特定试验应力v值时，就可以根据加速方程求得此时的k值和形状参数my(t)值，由k值可根据尺度参数的退化模型公式(3)求得此时的尺度参数，根据所得尺度参数函数ηy(t)和形状参数值就可以得到，此时退化分布模型对应的可靠度函数，根据可靠度要求就可以预测相应的使用寿命。

30、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于概率物理的稳压二极管使用寿命快速预测方法，利用概率物理办法依据加速退化试验和寿命加速建模快速预测电源产品中稳压二极管使用寿命。将产品置于比额定工作应力水平更高的环境中进行试验，然后对试验数据进行建模分析，通过合适的寿命加速模型进行外推得到产品在额定工作应力下的寿命分布。应力不同则产品性能的退化轨道也会随之变化，退化轨道的形式与应力参数是相关的，在高应力下确定退化轨道的表达式后，通过寿命加速模型可以得到额定工作应力水平下产品性能的退化轨道。依靠退化分布模型可靠度函数可着手寿命预测，由通过退化数据拟合和估计得到特定应力下的尺度参数η退化模型斜率k和形状参数m，然后通过斜率k和形状参数m的数据拟合和估计得到其分别与电压应力v的函数关系，即加速方程，从而可确定的不同电压应力下稳压二极管的可靠度函数，根据可靠度要求来确定其使用寿命。