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嘉峪检测网 2024-08-09 14:29
验证一个产品的工作寿命最直接的方法就是直接模拟它实际受到的工作环境，观察它正常工作的时间，例如一个电子器件在85℃工作100小时，那么在试验时就只要将器件放置在85℃的环境中观察它正常工作的时间，如果超过100h，那么器件合格，同时在85℃下器件从开始工作到不能正常工作的时间就是它的寿命。
目前，我们的电子设备工作寿命都比较长，通过超过1000小时甚至于几十万小时，如果，花费很长时间去验证，试验成本是非常巨大的，尤其对于需要找第三方机构去进行验证，测试费用相对昂贵，可能实际电子产品的售价都较低，花费几十万成本去测试，显得无法实施。这个时候，采用加速试验的方法，就相当有必要了，可以使用加速寿命试验来解决寿命试验时间过长的问题；可以使用寿命加速模型来评估器件的寿命。
加速寿命试验就是通过增加器件的试验应力来缩短试验时间，例如验证器件在25℃下能否工作10000h，可以通过将试验温度提高到150℃，这样试验所需要持续的时间就会缩短。
一、高温加速模型：阿伦尼斯Arrhenius模型
阿伦尼斯模型适用于单纯考虑热效应试验的加速模型，当温度是影响产品老化及使用寿命的绝对因素时，采用该加速模型来模拟整个寿命周期的可靠性表现。
【加速因子公式表达】
其中公式中各个参数代表的含义解释如下
AT,i：加速因子，在所有的加速模型中都是表达一个含义，也就相当于加速系数，计算出他就能将整个寿命周期时间转换成加速试验的时间；
Ea:是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一般来说，激活能的值在0.3ev~1.2ev之间;
K：是玻尔兹曼常数，其值为8.617385×10-5 ev/K;
Ttest：测试条件下(加速状态下)的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以K(开尔文)作单位；
Tfield:是使用条件下(非加速状态下)的温度值。此处的温度值是绝对温度值，以K(开尔文)作单位
从公式中可以看出，激活能越大，加速系数也越大，越容易被加速失效，加速试验效果越明显。如果，在激活能确定的情况下，温度差越大，加速系数也越大。
但是，这里要特别注意，执行加速测试的前提时，增加应力产生相同的失效模式，如果加速应力超出产品、材料本身的极限温度范围，可以产生的新的失效模式，那么加速试验得到的加速系数也就没有意义了。
二、阿伦尼斯模型有下述特点：
(1)该模型反映的是产品某特性量与激活能和所施加应力的关系；
(2)阿伦尼斯模型使用的寿命与温度的表达形式及加速因子都是基于退化量相同导出的。这就为加速寿命试验提供了另外一条途径，即利用某性能参数或特征量退化数据对产品的可靠性进行评定、推断。
(3)从公式中可以看出，激活能越大，加速系数也越大，越容易被加速失效，加速试验效果越明显；
(4)在激活能确定的情况下，温度差越大，加速系数也越大；
三、激活能Ea及失效模式：
对于消费电子产品激活能Ea如何选择？
推荐的取值范围为0.5-0.8，建议取0.6或者0.7，当然0.65也没问题，基本思路就是温度上升10度，寿命降低一半，0.65算出来最接近，但是工程师通常取整，所以0.7出现的更多一些。
对于汽车产品激活能Ea如何选择？
汽车产品的安全性要求很高，所以通常都相对保守，一般取值为0.4-0.5，具体看企业的策略吧。
四、应用案例
某一客户需要对产品做105℃的高温测试。据以往的测试经验，此种产品的激活能Ea取0.68最佳。对产品的使用寿命要求是10年，现可供测试的样品有5个。若同时对5个样品进行测试，需测试多长时间才能满足客户要求？
AF=EXP(Ea/k*(1/Tnormal-1/Tfeild))=exp(0.68/K*(1/((25+273)-1/(105+273)))=262
T测=Life/AF=10*365*24/262=333.73h。
需要注意的是：阿伦尼斯Arrhenius模型仅适用于单一高温应力的加速试验，对于其他多应力的加速，需要采用其他加速模型进行。
来源：北京可靠性及电磁兼容实
