◎趙霞

本文主要介紹了電子元器件加速壽命試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)以及幾種較為常見的試驗(yàn)方法，同時對幾種試驗(yàn)方法進(jìn)行了對比分析，提出了未來加速壽命試驗(yàn)所需要注意的幾點(diǎn)技術(shù)性問題。

電子產(chǎn)品市場中電子元器件廠商想要擁有良好的市場競爭力，就需要保證電子元器件的可靠性，否則一旦電子元器件質(zhì)量發(fā)生問題，會對整個系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。近年來，伴隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展與進(jìn)步，各類型的電子元器件質(zhì)量以及可靠性都隨之提升。

一、加速壽命試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)

所謂的加速壽命試驗(yàn)是指在不改變產(chǎn)品失效機(jī)理的前提下，對試驗(yàn)條件進(jìn)行調(diào)整和增強(qiáng)，例如增強(qiáng)應(yīng)力、提升溫度和電壓、增加轉(zhuǎn)速等，進(jìn)而達(dá)到讓接受試驗(yàn)的產(chǎn)品在短時間內(nèi)失效的效果。試驗(yàn)條件中包括：增大應(yīng)力、提高溫度、提高電壓、增加轉(zhuǎn)速等等。加速壽命試驗(yàn)的主要目的在于能夠讓產(chǎn)品在正常條件下的使用壽命、可靠性得以展現(xiàn)，從而在短時間內(nèi)獲取到必要信息，無需進(jìn)行長時間的試驗(yàn)。產(chǎn)品壽命屬于一種隨機(jī)變量，想要尋求其規(guī)律，就需要在不同的條件下對其進(jìn)行測量。在可靠性試驗(yàn)的過程中，壽命分布情況有以下幾種：指數(shù)分布、正態(tài)分布、對數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布等等。一般來說威布爾分布和對數(shù)分布較為常見。

（一）威布爾分布

威布爾分布是在可靠性試驗(yàn)的過程中一種較為常見的壽命分布方式，這種分布方式主要應(yīng)用于局部失效并且導(dǎo)致整體機(jī)能出現(xiàn)問題的反應(yīng)模型。威布爾分布中主要包括了三大未知數(shù)，形狀參數(shù)m，位置參數(shù)r，尺度參數(shù)t。當(dāng)這三大參數(shù)出現(xiàn)了變化后，將會導(dǎo)致概率密度函數(shù)也隨之發(fā)生變化。只有形狀參數(shù)的數(shù)值接近3。5，威布爾分布才能夠趨近于正態(tài)分布。

（二）對數(shù)正態(tài)分布

對數(shù)正態(tài)分布的優(yōu)點(diǎn)在于能夠使用圖表表示，使用對數(shù)分布曲線就能夠展現(xiàn)出壽命分布，一般來說函數(shù)曲線的函數(shù)公式為：F（t）-lgt。如果在壽命試驗(yàn)結(jié)束之后函數(shù)的分布接近一條直線，那么則表示此電子元器件的壽命分布符合對數(shù)正態(tài)分布要求。直線的傾斜率與對數(shù)分布的參數(shù)有著正比例關(guān)系，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)曲線上50%累計失效率相對應(yīng)的時間就是電子元器件壽命的中位值。所謂的壽命中位值也就是被測器件發(fā)生了50%失效時所需要運(yùn)行的測試時間，一般來說這一數(shù)值用于表示平均壽命。

二、加速壽命試驗(yàn)類型及選擇

（一）加速壽命試驗(yàn)的類型

在進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)的過程中，根據(jù)施加應(yīng)力的不同，將加速壽命試驗(yàn)分為了三大類型：恒定定理、步進(jìn)應(yīng)力、遞進(jìn)應(yīng)力。

恒定定力加速壽命試驗(yàn)是指在運(yùn)行的過程中取一定數(shù)量的樣品分成若干組，隨后對每個分組施加一個大于額定值但始終保持不變的應(yīng)力，當(dāng)出現(xiàn)了規(guī)定失效數(shù)或者到達(dá)了規(guī)定失效時間之后停止試驗(yàn)。遞進(jìn)應(yīng)力加速試驗(yàn)是指在運(yùn)行的過程中伴隨著試驗(yàn)時間的不斷推進(jìn)，應(yīng)力也隨之不斷的增加。

（二）加速壽命試驗(yàn)的選擇

在恒定應(yīng)力實(shí)驗(yàn)的過程中，由于元器件的種類不同，因此試驗(yàn)時間也各不相同，一般來說試驗(yàn)時間應(yīng)為1000小時左右。樣品的數(shù)量一般為幾十到上百左右，將樣品進(jìn)行分組之后可以描繪出不同的應(yīng)力基線。應(yīng)力基線數(shù)量不應(yīng)該少于3個，同時分組數(shù)量不得少于10個，特殊樣品數(shù)量不得少于5個，應(yīng)力大時可以多增加一些樣品。在步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的過程中，一般只需要選擇一組樣品，同應(yīng)力等級不得少于四個。為了保證整體試驗(yàn)處于可控狀態(tài)下，需要每個失效基線應(yīng)力保持一致。除此之外，還需要提高操作細(xì)節(jié)規(guī)范化程度，例如在試驗(yàn)應(yīng)力的過程中，將起始點(diǎn)選擇在元器件工作的上限附近。在遞進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的過程中，對于樣品數(shù)量不進(jìn)行規(guī)定，一般來說試驗(yàn)時間為幾百小時不等，最少時僅僅一組樣品就可以完成試驗(yàn)。

在上述三種類型的加速壽命試驗(yàn)過程中，較為常用的一種是恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)，這種試驗(yàn)方法與理論已經(jīng)較為成熟，正式被IEC采用。經(jīng)大量的試驗(yàn)證明了步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)要更為復(fù)雜，但分析計算方法并不實(shí)用，因此需要進(jìn)行不斷的驗(yàn)證。除此之外，遞進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的效率最高，但是數(shù)理統(tǒng)計相當(dāng)復(fù)雜，對于試驗(yàn)設(shè)備的要求也較高，因此需要使用專門的應(yīng)力控制設(shè)備來產(chǎn)生符合要求的應(yīng)力函數(shù)，這在某種程度上來說也限制了遞進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)用。

三、加速壽命試驗(yàn)技術(shù)研究

（一）加速應(yīng)力種類

一般來說加速壽命試驗(yàn)中的應(yīng)力主要有機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、電應(yīng)力幾種，其中機(jī)械應(yīng)力主要指：壓力、振動、撞擊，電應(yīng)力主要指電壓、電流、功率。一旦出現(xiàn)了多種失效機(jī)理，那么在選擇產(chǎn)品的過程中需要對產(chǎn)品失效機(jī)理進(jìn)行分析，選擇促進(jìn)作用最大的應(yīng)力作為加速應(yīng)力。

（二）以產(chǎn)品可靠性設(shè)計為基礎(chǔ)

在電子元器件運(yùn)行的過程中，影響運(yùn)行效果的因素有很多，因此設(shè)計人員需要對眾多因素進(jìn)行整合與分析，從而更好的提升產(chǎn)品可靠性。除此之外，由于產(chǎn)品設(shè)備組構(gòu)成類型較多、性能各不相同，因此需要在選擇元器件的過程中對材料也進(jìn)行篩選。不同的電子元器件與不同的材料之間會誕生出不同的失效模式。除此之外，還需要選擇成熟的加工工藝進(jìn)行加工，保證電子元器件的可靠性可以滿足儲存壽命以及使用壽命等等要求。

（三）加速壽命試驗(yàn)樣品的選擇

一些電子元器件的造價較高，因此在進(jìn)行壽命試驗(yàn)的過程中不可能對所有的電子元器件都進(jìn)行試驗(yàn)，只能夠通過樣品來尋找可靠性。一些可靠性指標(biāo)偏低的產(chǎn)品需要被淘汰，一些可靠性指標(biāo)正常的產(chǎn)品可以使用。除此之外，還需要對不滿足應(yīng)用壽命的電子元器件進(jìn)行分析與試驗(yàn)，從而找到其中的薄弱環(huán)節(jié)，制定針對性的試驗(yàn)方案。

在電子元器件運(yùn)行的過程中，環(huán)境也會對電子元器件產(chǎn)生影響，例如高溫、低溫、濕熱、等等，例如一些電子元器件中有橡膠存在，那么溫度和濕度將會對橡膠的質(zhì)量產(chǎn)生影響。一旦溫度過高，就會導(dǎo)致橡膠圈出現(xiàn)斷裂、膨脹、硬化等等，這些都會對電子元器件的運(yùn)行產(chǎn)生影響。在電子元器件運(yùn)行的過程中，高低溫變化應(yīng)力也將會導(dǎo)致金屬出現(xiàn)問題，例如氧化等等。除此之外，金屬表面出現(xiàn)銹蝕也是非常重要的問題，一旦出現(xiàn)了銹蝕，將會導(dǎo)致電阻增大，進(jìn)而影響設(shè)備的運(yùn)行。除此之外，需要通過可靠性試驗(yàn)、故障模式分析、環(huán)境應(yīng)力等等多方面的計算與分析從而尋找到有關(guān)于產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)。未來發(fā)展的過程電子元器件廠商需要將發(fā)展的眼光聚焦于個別電子產(chǎn)品中，從而針對性的開展加速壽命試驗(yàn)。

（四）加速壽命試驗(yàn)在工作中的應(yīng)用

在航天器運(yùn)行的過程中，需要多種電子元器件，同時電子元器件需要經(jīng)過可靠性試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。不同種類的航天器對于電子元器件的要求也各不相同，但是總體來說未來電子元器件的可靠性試驗(yàn)需要主要以力學(xué)和熱學(xué)兩方面為主。為了滿足不同的型號要求，在使用之前進(jìn)行可靠性試驗(yàn)是非常重要的，例如針對于半導(dǎo)體器材進(jìn)行高溫和功率試驗(yàn)，保證運(yùn)行過程中半導(dǎo)體器材的溫度能夠達(dá)到某一特定數(shù)值并且保持240小時以上的長時間運(yùn)行。對于航天器的金屬需要進(jìn)行耐濕試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)，從而保證對外殼鍍層的考驗(yàn)。

四、結(jié)束語

總而言之，在未來電子元器件的加速壽命試驗(yàn)需要注意以下幾點(diǎn)。首先需要針對于薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行針對性試驗(yàn)，從而對短板進(jìn)行考驗(yàn)與審查。環(huán)境溫度變化大和力學(xué)振動強(qiáng)兩者之間的試驗(yàn)結(jié)果可能會完全不同，因此不能夠以偏概全。最后則是試驗(yàn)需要在專業(yè)化的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，從而保證專業(yè)人員能夠得出精準(zhǔn)且專業(yè)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行最終的判定與分析。