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嘉峪檢測網 2024-08-09 14:29
驗證一個產品的工作壽命最直接的方法就是直接模擬它實際受到的工作環境，觀察它正常工作的時間，例如一個電子器件在85℃工作100小時，那么在試驗時就只要將器件放置在85℃的環境中觀察它正常工作的時間，如果超過100h，那么器件合格，同時在85℃下器件從開始工作到不能正常工作的時間就是它的壽命。
目前，我們的電子設備工作壽命都比較長，通過超過1000小時甚至于幾十萬小時，如果，花費很長時間去驗證，試驗成本是非常巨大的，尤其對于需要找第三方機構去進行驗證，測試費用相對昂貴，可能實際電子產品的售價都較低，花費幾十萬成本去測試，顯得無法實施。這個時候，采用加速試驗的方法，就相當有必要了，可以使用加速壽命試驗來解決壽命試驗時間過長的問題；可以使用壽命加速模型來評估器件的壽命。
加速壽命試驗就是通過增加器件的試驗應力來縮短試驗時間，例如驗證器件在25℃下能否工作10000h，可以通過將試驗溫度提高到150℃，這樣試驗所需要持續的時間就會縮短。
一、高溫加速模型：阿倫尼斯Arrhenius模型
阿倫尼斯模型適用于單純考慮熱效應試驗的加速模型，當溫度是影響產品老化及使用壽命的絕對因素時，采用該加速模型來模擬整個壽命周期的可靠性表現。
【加速因子公式表達】
其中公式中各個參數代表的含義解釋如下
AT,i：加速因子，在所有的加速模型中都是表達一個含義，也就相當于加速系數，計算出他就能將整個壽命周期時間轉換成加速試驗的時間；
Ea:是析出故障的耗費能量，又稱激活能。不同產品的激活能是不一樣的。一般來說，激活能的值在0.3ev~1.2ev之間;
K：是玻爾茲曼常數，其值為8.617385×10-5 ev/K;
Ttest：測試條件下(加速狀態下)的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值，以K(開爾文)作單位；
Tfield:是使用條件下(非加速狀態下)的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值，以K(開爾文)作單位
從公式中可以看出，激活能越大，加速系數也越大，越容易被加速失效，加速試驗效果越明顯。如果，在激活能確定的情況下，溫度差越大，加速系數也越大。
但是，這里要特別注意，執行加速測試的前提時，增加應力產生相同的失效模式，如果加速應力超出產品、材料本身的極限溫度范圍，可以產生的新的失效模式，那么加速試驗得到的加速系數也就沒有意義了。
二、阿倫尼斯模型有下述特點：
(1)該模型反映的是產品某特性量與激活能和所施加應力的關系；
(2)阿倫尼斯模型使用的壽命與溫度的表達形式及加速因子都是基于退化量相同導出的。這就為加速壽命試驗提供了另外一條途徑，即利用某性能參數或特征量退化數據對產品的可靠性進行評定、推斷。
(3)從公式中可以看出，激活能越大，加速系數也越大，越容易被加速失效，加速試驗效果越明顯；
(4)在激活能確定的情況下，溫度差越大，加速系數也越大；
三、激活能Ea及失效模式：
對于消費電子產品激活能Ea如何選擇？
推薦的取值范圍為0.5-0.8，建議取0.6或者0.7，當然0.65也沒問題，基本思路就是溫度上升10度，壽命降低一半，0.65算出來最接近，但是工程師通常取整，所以0.7出現的更多一些。
對于汽車產品激活能Ea如何選擇？
汽車產品的安全性要求很高，所以通常都相對保守，一般取值為0.4-0.5，具體看企業的策略吧。
四、應用案例
某一客戶需要對產品做105℃的高溫測試。據以往的測試經驗，此種產品的激活能Ea取0.68最佳。對產品的使用壽命要求是10年，現可供測試的樣品有5個。若同時對5個樣品進行測試，需測試多長時間才能滿足客戶要求？
AF=EXP(Ea/k*(1/Tnormal-1/Tfeild))=exp(0.68/K*(1/((25+273)-1/(105+273)))=262
T測=Life/AF=10*365*24/262=333.73h。
需要注意的是：阿倫尼斯Arrhenius模型僅適用于單一高溫應力的加速試驗，對于其他多應力的加速，需要采用其他加速模型進行。
來源：北京可靠性及電磁兼容實
