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浅谈电工电子产品加速寿命试验 广州广电计量检测股份有限公司 环境可靠性检测中心 颜景莲 1 概述 寿命试验是基本的可靠性试验方法，在正常工作条件下，常常采用寿命试验方法去评估产 品的各种可靠性特征。但是这种方法对寿命特别长的产品来说，不是一种合适的方法。因为它 需要花费很长的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设计出来，老产品就要被淘 汰了。因此，在寿命试验的基础上形成的加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法逐渐取代了 常规的寿命试验方法。 加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法，激发产品在 短时间内产生跟正常应力水平下相同的失效，缩短试验周期。然后运用加速寿命模型，评估产 品在正常工作应力下的可靠性特征。加速环境试验是近年来快速发展的一项可靠性试验技 术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可 以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。 2 常见的物理模型 元器件的寿命与应力之间的关系，通常是以一定的物理模型为依据的，下面简单介绍 一下常用的几个物理模型。 2.1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。 2.2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。 2.3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。 2.4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。 3 加速因子的计算 加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。加速环境 试验的加速水平通常用加速因子来表示。加速因子的含义是指设备在正常工作应力下的寿 命与在加速环境下的寿命之比，通俗来讲就是指一小时试验相当于正常使用的时间。因此， 加速因子的计算成为加速寿命试验的核心问题，也成为客户最为关心的问题。加速因子的 计算也是基于一定的物理模型的，因此下面分别说明常用应力的加速因子的计算方法。 3.1温度加速因子 温度的加速因子由Arrhenius 模型计算： L ⎡E ⎛ ⎞⎤ TAF normal ×exp⎢1a ⎜⎜ 1 − ⎟⎟⎥ （1） kL T ⎢ T ⎥ stress ⎣ ⎝ norma l stress ⎠⎦ 其中，Lnormal 为正常应力下的寿命，Lstress 为高温下的寿命，Tnormal 为室温绝对温度，Tstress 为高温下 －5 的绝对温度，Ea为失效反应的活化能（eV），k为Boltzmann常数，8.62×10 eV/K，实践表明 绝大多数电子元器件的失效符合Arrhenius 模型，表1给出了半导体元器件常见的失效反应的 活化能。 表1 半导体元器件常见失效类型的活化能 设备名称 失效类型 失效机理 活化能（eV）