【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于可靠性分析，具体涉及一种基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法。
技术介绍
1、电子组件在现代电子系统中扮演着至关重要的角色，广泛应用于通信、计算、能源和汽车等领域。随着系统的复杂性和功能要求的提升，电子组件的可靠性直接影响到整个系统的稳定性与安全性。电子组件的可靠性设计需要充分考虑其在各种工况下的表现，如温度、电流和振动等环境因素。这要求在一定的成本、质量和体积等约束条件下对电子组件进行全面的可靠性评估，并通过优化设计提升其性能，以确保其在实际应用中的长寿命与高效稳定运行。
2、目前，传统的电子组件可靠性评估方法通常依赖于经验公式或大量试验数据，然而在数据不足的情况下，其评估结果的准确性和可靠性难以保证。尤其是在一些高精度和高可靠性要求的电子设备中，传统方法的应用受到极大限制。此外，现有的可靠性设计方法往往只考虑了单一物理场(如温度)，忽略了多个物理场(如电场、温度场和应力场等)之间的相互作用，导致无法全面评估和优化电子组件的可靠性。
3、因此，迫切需要一种基于多物理场耦合仿真与数字化技术的新型电子组件可靠性设计方法，能够在缺乏大量失效数据的情况下，通过多物理场耦合仿真模型，全面评估电子组件的可靠性，并针对设计方案进行优化。这种方法不仅能提高评估精度，还能够提供更有效的可靠性优化方案，从而提升电子组件在复杂工况下的稳定性和长期可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决以上问题，提出了一种基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字
2、本专利技术的技术方案是：一种基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法包括以下步骤：
3、s1、获取电子组件的工作环境指标和可靠性设计指标；
4、s2、根据电子组件的工作环境指标和可靠性设计指标，构建元部件可靠性数字化评估模型；
5、s3、利用多物理场耦合仿真方法对可靠性数字化评估模型进行处理，得到电子组件的电气参数和温度参数；
6、s4、根据电子组件的电气参数和温度参数，为电子组件构建整体可靠性评估模型；
7、s5、为电子组件的整体可靠性评估模型构建优化模型，完成电子组件可靠性数字化设计。
8、进一步地，在s1中，电子组件的工作环境指标包括电子组件的工作温度、电压和功率；
9、在s1中，可靠性设计指标包括电子组件的可靠度、失效概率、失效率和平均寿命。
10、进一步地，在s2中，元部件可靠性数字化评估模型包括电阻的可靠性数字化模型、电容的可靠性数字化模型、电感的可靠性数字化模型、开关管的可靠性数字化模型、集成电路的可靠性数字化模型和pcb的可靠性数字化模型；
11、电阻的可靠性数字化模型的表达式为：
12、
13、式中，r是电阻值的第一标称值，δr是电阻值的第二标称值，t是环境温度，t是工作时长，b是第一模型参数，c是第二模型参数，d是第三模型参数，f是第四模型参数，ln(·)是对数函数；
14、电容的可靠性数字化模型的表达式为：
15、
16、式中，lc(t)是环境温度下的电容寿命，lc,0是参考温度下的电感寿命，t0是参考温度；
17、电感的可靠性数字化模型的表达式为：
18、
19、式中，li(t)是环境温度下的电感寿命，li,0是参考温度下电感的寿命，ea1是电感材料的活化能，k是玻尔兹曼常数，e是自然常数；
20、开关管的可靠性数字化模型的表达式为：
21、
22、式中，ls(t)是环境温度下的开关管寿命，ls,0是参考温度下开关管的寿命，ea2是开关管材料的活化能；
23、集成电路的可靠性数字化模型的表达式为：
24、
25、式中，lic(t)是环境温度下的集成电路寿命，lic,0是参考温度下集成电路的寿命，ea3是集成电路材料的活化能；
26、pcb的可靠性数字化模型的表达式为：
27、
28、式中，d是焊点腐蚀深度，v是密封空腔体积，e是自然常数，p0是标准大气压，vp是初始水汽分压差，p是密封空腔内的水汽分压，m水汽是水汽分子量，m空气是空气分子量，p饱和是饱和水汽压，rh是相对湿度，tc是水汽温度，t是工作时长，ln(·)是对数函数。
29、进一步地，s4包括以下子步骤：
30、s41、获取电子组件的电路拓扑结构；
31、s42、根据电子组件的电路拓扑结构、电气参数和温度参数，为电子组件构建整体可靠性评估模型。
32、进一步地，s5包括以下子步骤：
33、s51、根据电子组件的电气参数、温度参数以及整体可靠性评估模型，为电子组件生成平均故障前时间与温度的关系曲线；
34、s52、基于平均故障前时间与温度的关系曲线，构建优化模型。
35、进一步地，优化模型包括以最小化系统的成本为优化为目标的可靠性设计模型以及以最大化电子组件可靠性为目标的可靠性设计模型。
36、进一步地，以最小化系统的成本为优化为目标的可靠性设计模型的表达式为：
37、
38、式中，θ*是优化后的可靠性设计方案，λ是选定元器件的失效率可行解，cost是选定元器件的成本可行解，cost是总成本，costj是第j类元器件的成本，λj是第j类元器件失效率，λj,min是第j类元器件可选型号的失效率下限约束，λj,max是第j类元器件可选型号的失效率上限约束，λs是可行解下的电子组件失效率，λs,min是电子组件失效率下限约束，costj,min是第j类元器件成本的下限约束，costj,max是第j类元器件成本的上限约束，αj是成本函数拟合系数，wj是成本函数拟合指数系数。
39、进一步地，以最大化电子组件可靠性为目标的可靠性设计模型的表达式为：
40、
41、式中，θ*是优化后的可靠性设计方案，λ是选定元器件的失效率可行解，cost是选定元器件的成本可行解，λ是电子组件失效率，f(λ)是电子组件失效率与元器件失效率的函数关系式，λj是第j类元器件失效率，λj,min是第j类元器件可选型号的失效率下限约束，λj,max是第j类元器件可选型号的失效率上限约束，λs,min是电子组件失效率下限约束，costj是第j类元器件的成本，costj,min是第j类元器件成本的下限约束，costj,max是第j类元器件成本的上限约束，αj是成本函数拟合系数，wj是成本函数拟合指数系数。
42、本专利技术的有益效果是：本专利技术能够在数据不足的情况下，通过多物理场耦合仿真和数字化评估技术，对电子组件的可靠性进行精确评估，并在其他设计因素的约束条件下实现可靠性设计优化，从而在有限的设计条件下提升电子组件在复杂环境下的稳定性和长期可靠性。
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1.一种基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，在所述S1中，电子组件的工作环境指标包括电子组件的工作温度、电压和功率；
3.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，在所述S2中，元部件可靠性数字化评估模型包括电阻的可靠性数字化模型、电容的可靠性数字化模型、电感的可靠性数字化模型、开关管的可靠性数字化模型、集成电路的可靠性数字化模型和PCB的可靠性数字化模型；
4.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述S4包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述S5包括以下子步骤：
6.根据权利要求5所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述优化模型包括以最小化系统的成本为优化为目标的可靠性设计模型以及以最大化电子组件
7.根据权利要求6所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述以最小化系统的成本为优化为目标的可靠性设计模型的表达式为：
8.根据权利要求6所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述以最大化电子组件可靠性为目标的可靠性设计模型的表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，在所述s1中，电子组件的工作环境指标包括电子组件的工作温度、电压和功率；
3.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，在所述s2中，元部件可靠性数字化评估模型包括电阻的可靠性数字化模型、电容的可靠性数字化模型、电感的可靠性数字化模型、开关管的可靠性数字化模型、集成电路的可靠性数字化模型和pcb的可靠性数字化模型；
4.根据权利要求1所述的基于多物理场耦合仿真的电子组件可靠性数字化设计方法，其特征在于，所述s4包括以下...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾颖，黄土地，周振威，黄鑫，李静，黄洪钟，钱华明，何世烈，刘俊斌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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