專利名稱：一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，特別涉及一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，屬于電子產(chǎn)品的壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，工程實際中主要采用GJB/Z 299C(我國軍標(biāo)-電子設(shè)備可靠性預(yù)測手冊) 以及MIL-HDBK_217F(美國軍標(biāo)-電子設(shè)備可靠性預(yù)計)來對電子產(chǎn)品/設(shè)備的失效率進(jìn)行預(yù)計。這種基于標(biāo)準(zhǔn)或手冊的方法，是一種以大量的失效統(tǒng)計數(shù)據(jù)(包括現(xiàn)場或試驗室統(tǒng)計)為基礎(chǔ)的概率統(tǒng)計方法，其正確性受到越來越多的質(zhì)疑。同時，由于電子產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，及其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于失效數(shù)據(jù)的統(tǒng)計速度，存在著標(biāo)準(zhǔn)或手冊中沒有提供相關(guān)數(shù)據(jù)對某些電子產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)計的問題。此外，基于標(biāo)準(zhǔn)或手冊的方法只能對失效率進(jìn)行預(yù)測，而無法對電子產(chǎn)品經(jīng)歷了包括環(huán)境在內(nèi)的壽命環(huán)境周期后的壽命進(jìn)行精確地預(yù)測。中頻對數(shù)放大器是一種輸入輸出信號幅度成對數(shù)關(guān)系的放大器，它有三個特點 第一，輸入輸出信號幅度成對數(shù)關(guān)系，在對數(shù)精度范圍內(nèi)呈一一對應(yīng)關(guān)系；第二，實現(xiàn)輸入信號動態(tài)壓縮，把大動態(tài)的輸入信號壓縮為小動態(tài)范圍的輸出信號，呈現(xiàn)增益自動控制特性，具有抗過載能力；第三，對信號進(jìn)行瞬時處理。高性能對數(shù)放大器在雷達(dá)、電子對抗、通信等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。在雷達(dá)接收機(jī)、預(yù)警偵察雷達(dá)、紅外激光雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、直檢式接收機(jī)、高速通道接收激光測距接收機(jī)、聲納系統(tǒng)地洞識別、敵我識別系統(tǒng)激光制導(dǎo)、彈頭引信、通信接收機(jī)、導(dǎo)航中都得到應(yīng)用。所以開展基于失效物理的中頻對數(shù)放大器壽命預(yù)測，就可以在時效發(fā)生前告知使用者采用相應(yīng)的措施，從而避免遭受無法彌補的損失。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，可以對中頻放大器的壽命耗損、產(chǎn)品在剩余壽命的可靠度以及失效概率進(jìn)行預(yù)測，根據(jù)預(yù)測的結(jié)果在時效發(fā)生前告知使用者采用相應(yīng)的措施，從而避免遭受無法彌補的損失。2、技術(shù)方案本發(fā)明一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其步驟如下，其關(guān)系圖如

圖1所示步驟一，對中頻對數(shù)放大器類電子產(chǎn)品的失效模型等失效信息以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝等器件信息進(jìn)行歸類分析，確定潛在的失效機(jī)理及其失效物理模型，并對其失效物理模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐茖?dǎo)；步驟二，確定影響失效機(jī)理的環(huán)境應(yīng)力從推導(dǎo)后的失效物理模型中和中頻對數(shù)放大器的貯存和使用環(huán)境中可以得出影響失效機(jī)理的主要環(huán)境應(yīng)力為溫度。步驟三，通過加速老化試驗修正推導(dǎo)后的失效物理模型中涉及的相關(guān)參數(shù)，主要包括失效物理的激活能。
步驟四，對產(chǎn)品經(jīng)歷的壽命周期內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和記錄一般地，需要借助各種環(huán)境應(yīng)力傳感器(如溫度傳感器)等，采取人工或自動方法獲得。步驟五，利用已經(jīng)確定的失效物理模型，計算不同應(yīng)力水平下的預(yù)計失效前時間 (TTF)一般地，產(chǎn)品的失效物理模型即直接表示了 TTF與各類參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，在確定了模型中的相關(guān)參數(shù)后就可直接得到對應(yīng)于不同應(yīng)力水平的不同TTF值，根據(jù)損傷定義，分別計算產(chǎn)品在每個應(yīng)力水平下由于不同失效機(jī)理而造成的壽命損傷；步驟六，對不同失效機(jī)理下的產(chǎn)品剩余壽命進(jìn)行預(yù)測，并對中頻對數(shù)放大器進(jìn)行可靠性分析，得出其失效率和可靠度；其中，在步驟一中所述的“確定潛在的失效機(jī)理及其失效物理模型，并對其失效物理模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐茖?dǎo)”，其具體實現(xiàn)的過程如下根據(jù)大量公開發(fā)表的文獻(xiàn)、報告等獲得可以獲得中頻對數(shù)放大器的薄弱環(huán)節(jié)是 GaAs三極管，GaAs三極管的主要失效機(jī)理是柵金屬下沉。現(xiàn)建立其失效物理模型且Δ7而=(1)
Kl由于Idss的變化很難測量，現(xiàn)建立柵金屬下沉引起的退化導(dǎo)致^iss的變化而導(dǎo)致中頻對數(shù)放大器器功率增益的關(guān)系，便于實驗數(shù)據(jù)的測量。中頻對數(shù)放大器的原理結(jié)構(gòu)圖如如圖2所示。由放大器基本構(gòu)造可得到功率增益與輸出Utl，I0的關(guān)系，進(jìn)而由Itl與t的關(guān)系可得到G與t的關(guān)系。由分貝定義知G = 101ogPL/Pin(2)G = 101ogPL-101ogPin(3)其中&為輸出功率，Pin為輸入功率，G為功率增益，單位dB。則可得到
權(quán)利要求
1.一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一對中頻對數(shù)放大器類電子產(chǎn)品失效模型的失效信息以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝的器件信息進(jìn)行歸類分析，確定潛在的失效機(jī)理及其失效物理模型，并對其失效物理模型進(jìn)行推導(dǎo)；步驟二 確定影響失效機(jī)理的環(huán)境應(yīng)力；從推導(dǎo)后的失效物理模型中和中頻對數(shù)放大器的貯存和使用環(huán)境中得出影響失效機(jī)理的主要環(huán)境應(yīng)力為溫度；步驟三通過加速老化試驗修正推導(dǎo)后的失效物理模型中涉及的相關(guān)參數(shù)； 步驟四借助環(huán)境應(yīng)力傳感器對產(chǎn)品經(jīng)歷的壽命周期內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和記錄； 步驟五利用已經(jīng)確定的失效物理模型，計算不同應(yīng)力水平下的預(yù)計失效前時間即 TTF，產(chǎn)品的失效物理模型即直接表示了 TTF與各類參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，在確定了模型中的相關(guān)參數(shù)后就直接得到對應(yīng)于不同應(yīng)力水平的不同TTF值，根據(jù)損傷定義，分別計算產(chǎn)品在每個應(yīng)力水平下由于不同失效機(jī)理而造成的壽命損傷；步驟六對不同失效機(jī)理下的產(chǎn)品剩余壽命進(jìn)行預(yù)測，并對中頻對數(shù)放大器進(jìn)行可靠性分析，得出其失效率和可靠度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其特征在于步驟一中所述的“確定潛在的失效機(jī)理及其失效物理模型，并對其失效物理模型進(jìn)行推導(dǎo)”，其具體實現(xiàn)的過程如下中頻對數(shù)放大器的薄弱環(huán)節(jié)是GaAs三極管，GaAs三極管的主要失效機(jī)理是柵金屬下沉，現(xiàn)建立其失效物理模型
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其特征在于步驟三中所述的“通過加速老化試驗修正推導(dǎo)后的失效物理模型中涉及的相關(guān)參數(shù)”，其具體實現(xiàn)的過程如下采用單一水平的恒高溫加速試驗實現(xiàn)對器件不同退化過程的加速；參考環(huán)境試驗方法國軍標(biāo)，考慮受試樣品的極限工作和儲存溫度范圍、各類器件失效機(jī)理保持不變的溫度條件，確定恒高溫試驗的溫度值為100士 rc ；根據(jù)上述試驗要求，制定的試驗剖面圖，進(jìn)行恒高溫應(yīng)力施加，加電測試模擬；根據(jù)試驗數(shù)據(jù)擬合，得到失效物理模型的修正激活能參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其特征在于步驟五中所述的損傷定義為產(chǎn)品工作于一定的應(yīng)力水平下會產(chǎn)生一定量的損傷，損傷的程度與在這樣下的應(yīng)力水平下整個持續(xù)時間以及在這樣的應(yīng)力水平下正常產(chǎn)品發(fā)生失效所需要總時間相關(guān)，及不同應(yīng)力水平下的損傷百分比近似由該應(yīng)力水平下產(chǎn)品的實際工作時間同該應(yīng)力水平下預(yù)計的產(chǎn)品失效前時間的比值來確定，其具體實現(xiàn)的過程如下根據(jù)產(chǎn)品工作環(huán)境應(yīng)力和貯存環(huán)境應(yīng)力，得出產(chǎn)品的全壽命周期載荷，根據(jù)式(17)，得出各個溫度環(huán)境應(yīng)力下的產(chǎn)品的失效前時間即TFF，根據(jù)各個溫度下的工作或者貯存時間應(yīng)力得出各個環(huán)境周期載荷的壽命耗損，得出剩余的產(chǎn)品壽命耗損。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，其特征在于步驟六中所述的“對不同失效機(jī)理下的產(chǎn)品剩余壽命進(jìn)行預(yù)測，并對中頻對數(shù)放大器進(jìn)行可靠性分析，得出其失效率和可靠度”，其具體實現(xiàn)的過程如下以貯存期內(nèi)的1年為周期，在計算中頻對數(shù)放大器失效概率時，做如下假設(shè)1)假設(shè)貯存期每年的1-12月內(nèi)，每個月溫度恒定，值為中央氣象局發(fā)布的月平均溫度；2)假設(shè)中頻對數(shù)放大器失效在每年的1-12月的每個月內(nèi)服從指數(shù)分布，而整體分布為每月、每年指數(shù)分布的混合分布，仍為指數(shù)分布；根據(jù)中頻對數(shù)放大器的加速試驗數(shù)據(jù)，獲得中頻對數(shù)放大器的指數(shù)分布并計算失效概率，其具體實現(xiàn)的過程如下1)利用試驗數(shù)據(jù)獲得中頻對數(shù)放大器的退化曲線；2)獲得各中頻對數(shù)放大器的失效時間；3)擬合試驗溫度100°C時指數(shù)分布；4)獲得貯存期內(nèi)每月平均溫度下的指數(shù)分布；5)獲得中頻對數(shù)放大器失效的多重指數(shù)混合分布；6)求未來中頻對數(shù)放大器的失效概率。
全文摘要
一種基于失效物理的中頻對數(shù)放大器的壽命預(yù)測方法，它有六大步驟一、對中頻對數(shù)放大器類電子產(chǎn)品失效模型的失效信息以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝的器件信息進(jìn)行分析，確定潛在的失效機(jī)理及其失效物理模型；二、確定影響失效機(jī)理的環(huán)境應(yīng)力；三、通過加速老化試驗修正推導(dǎo)后的失效物理模型中涉及的相關(guān)參數(shù)；四、借助環(huán)境應(yīng)力傳感器對產(chǎn)品經(jīng)歷的壽命周期內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和記錄；五、利用已經(jīng)確定的失效物理模型，計算不同應(yīng)力水平下的預(yù)計失效前時間即TTF，根據(jù)損傷定義，分別計算產(chǎn)品在每個應(yīng)力水平下由于不同失效機(jī)理而造成的壽命損傷；六、對不同失效機(jī)理下的產(chǎn)品剩余壽命進(jìn)行預(yù)測，并對中頻對數(shù)放大器進(jìn)行可靠性分析，得出其失效率和可靠度。
文檔編號G01R31/00GK102520274SQ201110385589
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者周正, 楊洪旗, 洪晟, 陶文輝 申請人:北京航空航天大學(xué)