目录

引言

1 基准条件下的失效率

2 失效率转换

2.1 失效率预测模型

2.2 负载应力系数

2.2.1 应力区域

2.2.2 负载应力系数选择

2.3 环境应力系数

2.4 温度应力系数

2.4.1 温度应力系数计算模型

2.3.2 温度应力系数计算

2.4 失效准则系数

3 任务剖面应力系数

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引言

SN 29500 是西门子（Siemens）制定的一系列标准，用于电子组件的可靠性预测。标准包含多个部分，涵盖了集成电路、分立半导体、无源组件、电气连接、继电器、开关、信号和指示灯、接触器、光学组件、低压网络中的机电保护装置以及低压网络中的机电按钮、信号设备和位置开关等的预期值。本文介绍SN 29500 Part 7：Expected values for relays的失效率预测模型。

SN 29500 Part 6 的内容被包含在 Part 5 和 Part 12中，因此 Part 6部分的内容已被SN 29500 撤回。

1 基准条件下的失效率

SN 29500标准首先描述了不同元器件的基准条件以及在不同基准条件下的失效率，选择与运行条件最为接近的基准失效率，再考虑电压、温度、电流等的影响，乘以相应的转化系数，即可得出预期的失效率。

SN 29500 Part 7介绍的 Relays 的失效率预测模型，首先需要根据元器件的类型选取基准条件下的失效率：

Low-duty relays per connected contact 的基准失效率

General purpose relays per connected contact 的基准失效率

Automotive relays per contacted contact 的基准失效率

2 失效率转换

Relays并一定总是工作在基准条件下，在这种情况下，工作条件下的元器件失效率会不同于基准条件下给定的失效率；因此基准条件下的失效率需要通过包含应力系数的失效模型转换到工作条件下的失效率值。

2.1 失效率预测模型

对于 Relays 的失效率预测模型：

式中：

λ：失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

λref：基准条件下的失效率，单位为十亿分之一每小时（10^-8/h）；

πL：负载应力系数；

πE：环境应力系数；

πT：温度应力系数；

πK：失效准则系数；

2.2 负载应力系数

2.2.1 应力区域

根据实际电气应力从下图中推导出必要的应力区域，从而进一步确定负载应力系数：

应从继电器类型的 Datasheet 中获取额定电流和最大允许切换电压。

2.2.2 负载应力系数选择

根据元器件的类型、所属电气应力区域，选择负载应力系数：

Low-duty relays 的负载应力系数表

General purpose relays 的负载应力系数表

Automotive relays 的负载应力系数表

2.3 环境应力系数

环境应力系数引入 relays 的失效率转化中，是为考虑受运行环境影响的故障率增加的情况：

根据 Relays 的类型（Open relays、hermetically sealed relays）、运行环境，选择环境应力系数的取值：

2.4 温度应力系数

2.4.1 温度应力系数计算模型

温度应力系数的计算如下：

• 当relays的实际温度 ≤ 40°C，πT =1；
• 当relays的实际温度 大于 40°C时，πT的计算模型：

式中：

A：常数；

Ea1，Ea2：激活能，单位为电子伏特（eV）；

TU,ref：基准温度的华氏温度，θU,ref+273(K)；

T2：实际运行温度的华氏温度，θU+273(K)；

2.3.2 温度应力系数计算

根据元器件的类型，选择温度应力系数计算所需的参数：

SN 29500标准针对Relays，通过输入不同的实际运行温度，得出温度应力系数，并制成了输出结果的表格：

2.4 失效准则系数

失效准则系数只适用于low-duty 和 general purpose relays：

• Normal failure criterion: πK = 1
• Critical failure criterion: πK = 5

假设采用正常失效准则，则允许偶尔的开关故障，最多允许每10^5个操作周期出现一次故障。

假设采用关键失效准则，则每一次开关故障都被视为失效。

3 任务剖面应力系数

电子元器件的运行期间通常不会持续受到应力。在运行期间会有无电应力的中断。这可以通过任务剖面应力系数来考虑，然后乘以运行阶段的失效率即可得到间歇操作时的故障率。

任务剖面应力系数只适用于low-duty 和 general purpose relays：任务剖面应力系数的计算模型如下：

式中：

W：元器件承受应力的工作时间与设备工作时间的比率， 0≤W≤1；

R：常数，这考虑到即使未受应力的组件也可能发生故障；

λ0：在等待状态温度下，但在电气应力下的失效率。等待状态温度是指非应力阶段的组件或结温；

λ：运行条件或基准条件下的失效率；

常数R的取值：

• R = 0.2: hermetically sealed and dust-tight relays
• R = 1: open relays