快速了解高加速應(yīng)力篩選及壽命試驗設(shè)備！

一、高加速試驗的基本概述

高加速試驗是指在保證不改變產(chǎn)品失效機理的前提下，通過強化試驗條件，使受試產(chǎn)品加速失效，以便在較短時間內(nèi)獲得必要信息，來評估產(chǎn)品在正常條件下的可靠性或壽命指標。通過加速試驗，可迅速查明產(chǎn)品的失效原因，快速評定產(chǎn)品的可靠性指標。

二、高加速試驗的目的與特點

進行高加速試驗的目的可概括如下：

高加速試驗是一種在給定的試驗時間內(nèi)獲得比在正常條件下（可能獲得的信息）更多的信息的方法。它是通過采用比設(shè)備在正常使用中所經(jīng)受的環(huán)境更為嚴酷的試驗環(huán)境來實現(xiàn)這一點的。由于使用更高的應(yīng)力，在進行加速試驗時必須注意不能引入在正常使用中不會發(fā)生的故障模式。在加速試驗中要單獨或者綜合使用加速因子，主要包括：

更高頻率的功率循環(huán)；更高的振動水平；高濕度；更嚴酷的溫度循環(huán)；更高的溫度。

三、高加速試驗分類

高加速試驗主要分為兩類，每一類都有明確的目的：

（1）加速壽命試驗--估計壽命；

（2）加速應(yīng)力試驗--確定（或證實）和糾正薄弱環(huán)節(jié)。

這兩類加速試驗之間的區(qū)別盡管細微，但卻很重要，它們的區(qū)別主要表現(xiàn)在下述幾個方面：作為試驗的基礎(chǔ)的基本假設(shè)、構(gòu)建試驗時所用的模型、所用的試驗設(shè)備和場所、試驗的實施方法、分析和解釋試驗數(shù)據(jù)的方法。

表1 對這兩類主要的加速試驗進行了比較。

四、高加速試驗的產(chǎn)品層次

要明確進行加速試驗的產(chǎn)品層次（級別）是設(shè)備級還是零部件級，這一點很重要。某些加速方法只適用于零件級的試驗，而有的方法只能用于較高級別的總成（設(shè)備），只有少數(shù)方法同時適用于零件級和總成（設(shè)備）級。對零件級非常合適的基本假設(shè)和建模方法在對較高級別的設(shè)備進行試驗時可能完全不成立，反之亦然。

表2 列出了在兩個主要的級別（設(shè)備級和零部件級）上進行試驗的信息。

五、先進的高加速試驗

過去，大多數(shù)加速試驗都是使用單一應(yīng)力和在定應(yīng)力譜進行的。包括周期固定的周期性應(yīng)力（如溫度在規(guī)定的上下限之間循環(huán)，溫度的上限和下限以及溫度的變化率是恒定的）。但是，在加速試驗中，應(yīng)力譜不必是恒定的，也可以使用多種應(yīng)力的組合。常見的非恒定應(yīng)力譜和組合應(yīng)力包括：

步進應(yīng)力試驗；漸進應(yīng)力試驗； 高加速壽命試驗（HALT）（設(shè)備級）；高加速應(yīng)力篩選（HASS）（設(shè)備級）；高加速溫度和濕度應(yīng)力試驗（HAST）（零件級）。

高加速試驗系統(tǒng)性地使用大大超過產(chǎn)品使用中預(yù)期水平的環(huán)境激勵，因此需要詳細理解試驗結(jié)果。高加速試驗用于確認相關(guān)故障，并用來確保產(chǎn)品對高于所要求的強度有足夠的裕度以便能經(jīng)受正常的使用環(huán)境。高加速試驗的目的是大大減少暴露缺陷所需要的時間。該方法可用于研制試驗，也可用于篩選。

HALT（高加速壽命試驗）是一個研制工具，而HASS（高加速應(yīng)力篩選）是一個篩選工具。它們常?；ハ嗦?lián)合使用。這是兩種相對較新的方法，與傳統(tǒng)的加速試驗方法不同。HAL與THASS的具體目標是改進產(chǎn)品設(shè)計，將制造偏差和環(huán)境效應(yīng)對產(chǎn)品性能和可靠性的影響減至最小。通常定量的壽命或可靠性預(yù)計與高加速試驗沒有聯(lián)系。

步進應(yīng)力譜試驗。使用步進應(yīng)力譜，試驗樣本首先按事先規(guī)定的時間以某個給定的應(yīng)力水平試驗一段，然后在高一點的應(yīng)力水平下再試驗一段時間。不斷增加應(yīng)力水平繼續(xù)上面的過程，直到某個試驗樣本失效，或者試驗進行到最大應(yīng)力水平時終止。這種方法能更快速地使產(chǎn)品失效以便分析。但是，用這種方法很難正確建立加速模型，因此很難定量地預(yù)計產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命。

每一步中應(yīng)該增加的應(yīng)力量值與許多變量有關(guān)。但是，允許在設(shè)計中進行這樣的試驗的一個普遍的法則是：假設(shè)產(chǎn)品沒有缺陷，如果最終能以適當?shù)脑Ａ砍鲱A(yù)期的使用環(huán)境中的應(yīng)力，就能保證總體中的每一個體都能經(jīng)受住使用環(huán)境和篩選環(huán)境。（從而提高產(chǎn)品的壽命或可靠性）漸進應(yīng)力譜試驗。漸進應(yīng)力譜或者"梯度試驗"是另一種常見的方法，試驗中應(yīng)力水平隨時間持續(xù)增加。其優(yōu)點和缺點與步進試驗相同，但有另外一個困難，就是很難精確地控制應(yīng)力增加的速率。

HALT（高加速壽命試驗）。HALT一詞是Gregg K. Hobbs 于1988年提出的。HALT有時指應(yīng)力增益壽命試驗（STRIFE），是一種研制試驗，是步進應(yīng)力試驗的一種強化形式。它一般用來確認設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)和制造過程中存在的問題，以及用來增加設(shè)計強度的富裕量，而不用來進行產(chǎn)品壽命或可靠性的定量預(yù)計。

HASS（高加速應(yīng)力篩選）試驗。HASS是加速環(huán)境應(yīng)力篩選的一種形式。它代表了產(chǎn)品所經(jīng)歷的最嚴酷的環(huán)境，但通常持續(xù)很有限的一段時間。HASS是為達到"技術(shù)的根本極限"而設(shè)計的。此時應(yīng)力的微小增加就會導(dǎo)致失效數(shù)的大量增加。這種根本極限的一個例子是塑料的軟化點。

HAST（高加速溫度和濕度應(yīng)力試驗）。隨著近來電子技術(shù)的高速發(fā)展，幾年前剛剛出現(xiàn)的的加速試驗可能不再適應(yīng)當今的技術(shù)了，尤其是那些專門針對微電子產(chǎn)品的加速試驗。例如，由于塑料集成電路包的發(fā)展，現(xiàn)在用傳統(tǒng)的、普遍被接受的85℃/85%RH的溫度/濕度試驗需要花上千小時才能檢測出新式集成電路的失效。在大多數(shù)情況下，試驗樣本在整個試驗中不發(fā)生任何失效。不發(fā)生失效的試驗是說明不了什么問題的。而產(chǎn)品在使用中必定會偶爾失效。因此，需要進一步改進加速試驗。HSAT就是為代替老的溫度/濕度試驗而開發(fā)的方法。

六. 高加速壽命試驗常用模型

加速模型按其提出時基于的方法可以分為3類：物理加速模型、經(jīng)驗加速模型和統(tǒng)計加速模型。

物理加速模型是基于對產(chǎn)品失效過程的物理化學解釋而提出的。一種典型的物理加速模型是阿倫尼斯（Arrhenius）模型，該模型描述了產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力之間的關(guān)系。另一種典型的物理加速模型是艾林（Eyring）模型，它是基于量子力學理論提出的。該模型也描述了產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力之間的關(guān)系。Glasstene等擴展了艾林模型，給出了描述產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力、電壓應(yīng)力的關(guān)系。

經(jīng)驗加速模型是基于工程師對產(chǎn)品性能長期觀察的總結(jié)而提出的，典型的經(jīng)驗加速模型如逆冪律模型、Coffin-Manson模型等。逆冪律模型描述了諸如電壓或壓力應(yīng)力與產(chǎn)品壽命之間的關(guān)系。Coffin-Manson模型給出了溫度循環(huán)應(yīng)力與產(chǎn)品壽命之間的關(guān)系。

統(tǒng)計加速模型是基于統(tǒng)計分析方法給出的，常用于分析難以用物理化學方法解釋的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計加速模型又可以分為參數(shù)模型和非參數(shù)模型。參數(shù)模型中參數(shù)的個數(shù)及其特性都是確定的，而非參數(shù)模型中參數(shù)的個數(shù)及其特性是靈活的，并不需要預(yù)先確定。參數(shù)模型需要預(yù)先確定產(chǎn)品的壽命分布形式，而非參數(shù)模型是一種無分布假設(shè)的模型，更加受到研究人員的青睞。