电工电子产品加速寿命试验_加速因子的计算及试验条件

　　一、加速寿命试验概述

　　加速寿命试验，是指在进行合理工程及统计假设的基础上，利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的可靠性信息进行转换，得到试件在额定应力水平下可靠性特征的可复现的数值估计的一种试验方法。加速寿命试验采用加速应力进行试件的寿命试验，从而缩短了试验时间，提高了试验效率，降低了试验成本，其研究使高可靠长寿命产品的可靠性评定成为可能。按照试验应力的加载方式，加速寿命试验通常分为恒定应力试验、步进应力试验和序进应力试验。

　　进行加速寿命试验必须确定一系列的参数，包括（但不限于）： 试验持续时间、样本数量、试验目的、要求的置信度、需求的精度、费用、加速因子、外场环境、试验环境、加速因子计算、威布尔分布斜率或β参数（β 《 1表示早期故障，β 》 1 表示耗损故障） 。用加速寿命试验方法确定产品寿命，关键是确定加速因子，而有时这是最困难的。

　　二、加速寿命试验类型

　　1、恒定应力试验（Constant-Stress Testing： CST）

　　其特点是对产品施加的“负荷”的水平保持不变，其水平高于产品在正常条件下所接受的“负荷”的水平。试验是将产品分成若干个组后同时进行，每一组可相应的有不同的“负荷”水平，直到各组产品都有一定数量的产品失效时为止。恒定应力试验的应力加载时间历程见图中的（a），优点是模型成熟、试验简单、易成功，缺点是试验所需试样多，试验时间较长。这种试验应用最广。

　　2、步进应力试验（Step-Up-Stress Testing： SUST）

　　此试验对产品所施加的“负荷”是在不同的时间段施加不同水平的“负荷”，其水平是阶梯上升的。在每一时间段上的“负荷”水平，都高于正常条件下的“负荷”水平。因此，在每一时间段上都会有某些产品失效，未失效的产品则继续承受下一个时间段上更高一级水平下的试验，如此继续下去，直到在最高应力水平下也检测到足够失效数（或者达到一定的试验时间）时为止。步进应力试验的应力加载时间历程见图 中的（b），优点是试验所需试样较少，加速效率相对较高，缺点是试验数据统计分析难度大。

　　3、序进应力加速寿命试验（Progressive Stress Testing： PST）

　　序进应力试验方法与步进应力试验基本相似，区别在于序进应力试验加载的应力水平随时间连续上升。图 中的（c）表示了序进应力加载最简单的情形，即试验应力随时间呈直线上升的加载历程。序加试验的特点是应力变化快，失效也快，因此序加试验需要专用设备跟踪和记录产品失效。这种试验方法优点是效率最高，缺点是需要专门的装置产生符合要求的加速应力，相关研究和应用较少。

　　三、进行试验的条件

　　若加速寿命与实用寿命的失效模式相同，即可运用加速寿命试验。但实际上，有时失效模式相同，失效机构（Mechanism）却不同，或即使失效机构亦相同，但失效判定条件或使用条件变动的话，加速性就变化。在长期的研发改进过程中，产品的设计或制造方法都可能发生变化，顾客的使用条件方可能发生变化;或是以规定的技术方法所生产的产品，也因存在无法控制的因素影响，造成失效机构的改变，这些都可能造成无法利用加速寿命试验。

　　四、寿命试验常见的物理模型

　　1、失效率模型

　　失效率模型是将失效率曲线划分为早期失效、随机失效和磨损失效三个阶段，并将每个阶段的产品失效机理与其失效率相联系起来，形成浴盆曲线。该模型的主要应用表现为通过环境应力筛选试验，剔除早期失效的产品，提高出厂产品的可靠性。

　　失效率模型图示：

　　2、应力与强度模型

　　该模型研究实际环境应力与产品所能承受的强度的关系。

　　应力与强度均为随机变量，因此，产品的失效与否将决定于应力分布和强度分布。随着时间的推移，产品的强度分布将逐渐发生变化，如果应力分布与强度分布一旦发生了干预，产品就会出现失效。因此，研究应力与强度模型对了解产品的环境适应能力是很重要的。

　　3、最弱链条模型

　　最弱链条模型是基于元器件的失效是发生在构成元器件的诸因素中最薄弱的部位这一事实而提出来的。

　　该模型对于研究电子产品在高温下发生的失效最为有效，因为这类失效正是由于元器件内部潜在的微观缺陷和污染，在经过制造和使用后而逐渐显露出来的。暴露最显著、最迅速的地方，就是最薄弱的地方，也是最先失效的地方。

　　4、反应速度模型

　　该模型认为元器件的失效是由于微观的分子与原子结构发生了物理或化学的变化而引起的，从而导致在产品特性参数上的退化，当这种退化超过了某一界限，就发生失效，主要模型有Arrhenius模型和Eyring模型等。