李军，缪海杰

（ 中国工程物理研究院电子工程研究所，四川省绵阳市，621900）

0 引言

加速寿命试验是指采用加大应力的方法促使样品在短期内失效,以预测在正常工作条件或储存条件下的可靠性,但不改变受试样品的失效分布。加速寿命试验利用FMEA、FMECA等方法找出可能影响产品可靠性的因素，然提高其强度水准，使产品在该条件下运作，将会加速失效的发生。进行加速寿命试验必须确保失效模式不受试验条件影响。

1 加速寿命试验

1.1 加速寿命试验分类

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3种基本类型。

（1）恒定应力试验

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。

（2）步进应力试验

该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。

（3）序进应力加速寿命试验

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。

1.2 加速寿命试验步驟

加速寿命试验的主要步骤是：（1）选定加速寿命试验模式（2）筛选并分析试验应力（压力）（3）决定加速因子（4）定义失效模式及加速寿命实验（5）转换为实际寿命（6）结果分析。

在进行加速寿命试验前，需要充分了解产品的特性，包括产品的性能退化机制及失效模式的定义等。另外，还需确定应力等级，如何来判断其应力等级是否过大而导致失效模式异常。进行加速寿命试验，最重要的是如何选取合适的加速因子。

1.3 加速寿命试验加速模型

（1） Arrhenius模型

Arrhenius模型广泛使用于加速的应力条件为温度，该模型表述如下：

其中，L为某寿命特征；A为一个正的常数；E为活化能,单位为电子伏特；K为Boltzmann常数，值为8.617×10-5eV/K；T为绝对温度。该模型表明，寿命特征随温度的上升呈指数下降。

（2）Eyring模型

Eyring模型是根据量子力学推导而来，考虑温度为其加速的变量，该模型表述如下：

其中，L为某寿命特征；K为Boltzmann常数，T为绝对温度。而A和B为常数，它们根据产品的特性和试验方法确定。

2 逆幂律模型

若加速寿命试验的应力条件是电应力时，产品的某些寿命特征与应力的关系如下：

其中，A为正常数，c是与活化能有关的正常数；v是应力，可以时电压，电流等。该模型表述了产品的寿命特征是v的负指数关系。

上述3种加速模型属于单应力模型，除此之外还有复合应力模型，描述如下：

（1）Combination模型

Combination模型由Arrhenius模型和逆幂律模型组合而成，常用于包含有温度和一个非热应力的情况下寿命特征与应力的关系如下：

其中，B和C为常数，T为绝对温度， v 是非热应力。

（2）广义Eyring模型

广义的Eyring模式是一种包含两种应力的模型，通常两种应力为温度和电压，寿命特征与应力的关系如下：

其中，A、B、C、D为常数，T为绝对温度，V是电压。

电子产品加速寿命试验技术

电子产品是千差万别的，有的组成简单，功能单一，而有的则由众多的组件构成，且组件之间关系复杂。因此，在进行加速寿命试验前应根据电子产品的实际情况选取进行试验的电子产品或组件。对组成相对简单的电子产品可直接用于试验。而对复杂的电子产品，通常不可能对所有组件都进行加速寿命试验，只能通过可靠性分析找出可靠性指标偏低的组件进行分析和试验。

由于恒定应力试验的理论与方法相比较更为成熟，因此电子产品的加速寿命试验采用恒定应力试验方案。对电子产品而言，在工作状况下温度应力对其影响比较大，容易产生产品性能指标漂移，甚至导致产品失效。因此选择温度作为加速应力。

由于加速寿命试验必须确保失效模式不受试验条件影响，加速寿命试验应力水平不应改变产品的失效机理。因此要选择合适的温度应力水平。如果温度应力过大，会导致电子产品在使用过程中发生异常失效。正确的做法是根据电子产品的正常工作温度的上限，根据电子产品实际情况，将温度应力水平划分为N档，相邻各档间的温差相同。针对不同的温度应力水平，选择数量相同的电子产品进行温度试验，并且各档的试验样本在允许范围内应尽可能大。

从分析的准确性出发，加速寿命试验最好能够做到使所有的测试样品都失效。但是，这将导致长期的试验时间，不利于实际操作。实践中，可采用定数截尾或定时截尾寿命试验。

完成加速寿命试验后，根据试验结果进行数据分析，得到产品的可靠性分布参数。采用统计推断方法来确定失效数据的分布类型。常用的分布类型有指数分布、威布尔分布和对数正态分布等。试验的产品的寿命分布服从哪种分布类型，就按照该分布类型分别计算出各应力水平下的寿命参数。

假设某电子产品的寿命分布类型为威布尔分布，它的分布函数为：

其中，m为形状参数； 为尺度参数。对于威布尔分布常用 作为寿命特征，因此根据Arrhenius模型和逆幂律模型的形式，该电子产品的它的加速模型为：

采用极大似然估计法获得它在不同应力水平下的似然函数，根据上式求出a和b的极大似然估值，然后即可得到该产品在正常应力水平下的平均寿命 。

3 总结

加速寿命试验是检验电子产品可靠性指标的重要技术。随着研究的进一步深入，电子产品的加速寿命试验技术将不断获得进步。

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