Produktlevetid og elektriske stressorer

Elektroniks levetid påvirkes af velkendte stressorer som for eksempel temperatur, fugt og vibrationer. Elektronikkens levetid nedbrydes også af elektriske påvirkninger som store impulsstrømme i komponenter og i værste fald eksplosion eller afbrænding.

Af Professor Francesco Iannuzzo, AAU, og Per Thåstrup Jensen, FORCE Technology

De elektriske stressorer findes i det elektriske brugsmiljø og kan foruden transienter bestå af forstyrrelser i forsyningsspændingen. Begge stressorer udgør en del af den elektriske Mission Profile, som et produkt oplever i sin levetid. Data til mission profile kan for eksempel hentes fra en omfattende logning udført af Dansk Energi, hvor transienter fra samlet 70 års observationstid er dokumenteret siden 2009. Nogle produkter gennemlever hele deres liv med meget stabil forsyningskvalitet, mens andre oplever både transienter, forvrænget kurveform og måske tusindvis af tænd/sluk-operationer eller spændingsudfald.

Accelerationsmodel og levetidsberegning

Test af pålidelighed og estimering af levetid er meget omkostningstungt. Levetidsestimering ved hjælp af computermodeller er på vej ind, og analysen kan være et fremtidigt værktøj ved udvikling af bl.a. effektelektronik.

AAU (Aalborg Universitet) har sammen med industrien i CORPE-samarbejdet udviklet et estimeringsværktøj for state-of-the-art matematisk modellering af elektriske og termiske forhold. Værktøjet kan benyttes til at vurdere de mest betydende stressorer for udslidning af effektelektronik. Værktøjet anvendes på aktive komponenter så som IGBT’er og MOSFET’s, men udvides nu også med vigtige passive komponenter som sikringer og metaloxid varistorer (MOV’er). Påvirkning fra parametre som temperatur, spænding og fugtighed anvendes som mission profile, og modellerne udbygges løbende.

Levetidsvurdering af komponenter i effektelektronik udføres med kendskab til accelerationsmodeller, der beskriver indvirkningen fra hver stresstilstand, og aggregerer det samlede slid fra alle disse. Accelerationsmodellerne er udledt fra praktisk gennemførte levetidstests, og kan derfor anvendes med god nøjagtighed for en given komponentopbygning og den tilhørende fysiske fejlmekanisme.

Samarbejde om konkrete cases

Gennem en række aktiviteter har både AAU og FORCE Technology arbejdet med at analysere konkrete cases med elektrisk stressor.

Læs mere her