固体推进剂老化寿命预估探究.doc

固体推进剂老化寿命预估研究 1、相关定义 1.1、LED灯寿命的定义及影响寿命的因素分析 通常,LEO灯的寿命包含了两大概念:流明衰减和有用时间。流明衰减是发 生在灯泡点亮过程中流明输出的减少。无论是白炽灯、卤素灯、荧光灯还是LE。 灯,这都测量了这些灯泡在未来散发光数量的减少。2001年12月,IEsNA(北 美照明工程学会)颁布了LM一49一01和LM一65一01,分别规定了对白炽灯和单一终 端荧光灯寿命测试方法定义的标准。LM一49一01和LM一65一01标准里都规定,用L70 来衡量LEO灯流明衰减的寿命,即何时光衰将达到初始值的30%。而采用70% 的原因是因为眼睛在光减少30%后就能察觉了。 第二个关键性的概念是有用时间。虽然LEO光源相对于传统光源来说似乎是 不会”熄灭”的,但前提是有稳定的输入电流。由于LEO灯的驱动是由电子驱动 电路控制的,必然牵涉到的是电子元器件的寿命。但由于LEO灯是新兴产业,还 没有专门针对LEO的各项完善标准,因此,LEO灯仍然采用了传统光源标准,即 LM一49一01和LM一56一01里所规定的B50一一即50%的灯失效来定义LED灯的有用 时间。 综合上述两点,LEO灯的寿命定义为50%的产品光衰到70%所点亮使用过的 时间。 现有的LEO灯的整体寿命预估方法还在使用着传统的单一计算法,即以LEO 供应商提供的LEO寿命曲线来作为衡量LEO灯的整体寿命预估的唯一基础。但随 着LEO灯的设计结构越来越复杂,器件越来越多,这样的寿命预估方法对现有的 设计是否还合理,是否还能有效地反应该设计的预期寿命则是需要探讨的。 根据前文所介绍的LEO灯的组成结构,LEO灯由LEO光源、散热设计、驱动 电路、灯头以及相互之间的连接组成。其中可能对LEO灯的整体寿命产生影响的 因素,即影响LE。灯的可靠性的因素应该包括所有会因时间或使用条件的不同而 产生性能衰减的器件。在现有的LEO灯的设计里,除了LEO本身之外,还应包含 有LEO和pCB板之间的连接即焊点的可靠性、驱动电路中的相关元器件如电阻、 电容、电感、集成电路等。下面就将对各部分器件对LEO灯整体寿命的影响分别 阐述。 3.2焊点与寿命的关系 LE。通过焊接固定在pcB板上,多颗LEO即有多个焊点。焊点的作用分机械 连接和电气连接,机械连接指用来固定元器件,电气连接指用来传导电信号。焊 点的不可靠,就会直接影响机械连接和电气连接的可靠性,尤其是在经过高温后, 不可靠的焊点会形成热脆,在经过一定的振动或者机械冲击后,形成焊点脱落, 分层造成开路。如果是虚焊的焊点,可能在完整封装是能保持电器性能,但在高 温后,虚焊的界面中残留的杂质,虚焊的焊料的焊料界面会形成氧化层,导致开 路。如果焊球内有空洞,则焊球的机械支撑力会下降。在长时间的高低温循环后, 焊球会塌陷,剪切力将焊球剥离,造成开路。以上种种早期失效,都会影响产品 的生命周期。据统计,超过30%的pCB失效来自于互联失效,而造成这种失效的 TemPerature 55% Humidity 19% OUSt 6% 图3一1 原因则主要是机械应力和热应力 Vi bration 20% 焊点失效原因分布图 ,其中又以热应力占据主要作用(如图3一1所示)。 /zt、日、 R、t)=eXp气一戈石)) (3一1) 该公式也可转化为 t 一一一一 一p厂一不二一r、石节补、 、/一1 11 Li一1戈L/j (3一2) 其中 F(t)=1一R(t)(3一3) 式中R代表产品的良品率,F代表废品率,t是随机变量,在这里代表时间即 寿命,n是比例参数,p是形状参数。在同一模型中,p的值是固定的,在LE。 灯的模型中一般取3.78。要引入的另外一个概念是加速因子AF(Accelerated Factor),加速因子表征的是不同应力间相对的加速程度。假使相同产品,做两种 不同应力(加速)条件的试验,其结果可得两个不同的特征寿命。nl设为低应力 试验条件,n:设为高应力条件,则nl/n:即为加速因子。 AF=卫(s一4) n2 下图即为此种加速观念的示意图。在相同产品老化程度下,两种试验的时间显然 不同,由图所得Tl八2值即为加速因子。 TTTl.咖Tl一。沉旧 旧 {{{ {{一,,! !! 老化程度 2《以幻4口洲刀6沉目幻翻的伪]O沉陇旧 T油.T(玩) 图3一2加速老化示意图 若加速寿命试验所考虑的环境应力为温度,且失效时间符合指数分布,则可 采用Arrhenius模式作为加速寿命试验之分析模式。在Arrhenius之反应速度论模 式中,反应速度常数Kr与温度下(绝对温度,单位为开尔文,用K表示)间之 关系为 E Kr=A e一而 (3一5) InK,= 几 E InA一— (3一6) KT 式中K为波尔兹