电子元器件加速寿命试验方法的对比分析

◎赵霞

本文主要介绍了电子元器件加速寿命试验的理论基础以及几种较为常见的试验方法，同时对几种试验方法进行了对比分析，提出了未来加速寿命试验所需要注意的几点技术性问题。

电子产品市场中电子元器件厂商想要拥有良好的市场竞争力，就需要保证电子元器件的可靠性，否则一旦电子元器件质量发生问题，会对整个系统的运行产生影响。近年来，伴随着电子信息产业的快速发展与进步，各类型的电子元器件质量以及可靠性都随之提升。

一、加速寿命试验的理论基础

所谓的加速寿命试验是指在不改变产品失效机理的前提下，对试验条件进行调整和增强，例如增强应力、提升温度和电压、增加转速等，进而达到让接受试验的产品在短时间内失效的效果。试验条件中包括：增大应力、提高温度、提高电压、增加转速等等。加速寿命试验的主要目的在于能够让产品在正常条件下的使用寿命、可靠性得以展现，从而在短时间内获取到必要信息，无需进行长时间的试验。产品寿命属于一种随机变量，想要寻求其规律，就需要在不同的条件下对其进行测量。在可靠性试验的过程中，寿命分布情况有以下几种：指数分布、正态分布、对数正态分布、威布尔分布等等。一般来说威布尔分布和对数分布较为常见。

（一）威布尔分布

威布尔分布是在可靠性试验的过程中一种较为常见的寿命分布方式，这种分布方式主要应用于局部失效并且导致整体机能出现问题的反应模型。威布尔分布中主要包括了三大未知数，形状参数m，位置参数r，尺度参数t。当这三大参数出现了变化后，将会导致概率密度函数也随之发生变化。只有形状参数的数值接近3。5，威布尔分布才能够趋近于正态分布。

（二）对数正态分布

对数正态分布的优点在于能够使用图表表示，使用对数分布曲线就能够展现出寿命分布，一般来说函数曲线的函数公式为：F（t）-lgt。如果在寿命试验结束之后函数的分布接近一条直线，那么则表示此电子元器件的寿命分布符合对数正态分布要求。直线的倾斜率与对数分布的参数有着正比例关系，经过分析发现曲线上50%累计失效率相对应的时间就是电子元器件寿命的中位值。所谓的寿命中位值也就是被测器件发生了50%失效时所需要运行的测试时间，一般来说这一数值用于表示平均寿命。

二、加速寿命试验类型及选择

（一）加速寿命试验的类型

在进行加速寿命试验的过程中，根据施加应力的不同，将加速寿命试验分为了三大类型：恒定定理、步进应力、递进应力。

恒定定力加速寿命试验是指在运行的过程中取一定数量的样品分成若干组，随后对每个分组施加一个大于额定值但始终保持不变的应力，当出现了规定失效数或者到达了规定失效时间之后停止试验。递进应力加速试验是指在运行的过程中伴随着试验时间的不断推进，应力也随之不断的增加。

（二）加速寿命试验的选择

在恒定应力实验的过程中，由于元器件的种类不同，因此试验时间也各不相同，一般来说试验时间应为1000小时左右。样品的数量一般为几十到上百左右，将样品进行分组之后可以描绘出不同的应力基线。应力基线数量不应该少于3个，同时分组数量不得少于10个，特殊样品数量不得少于5个，应力大时可以多增加一些样品。在步进应力试验的过程中，一般只需要选择一组样品，同应力等级不得少于四个。为了保证整体试验处于可控状态下，需要每个失效基线应力保持一致。除此之外，还需要提高操作细节规范化程度，例如在试验应力的过程中，将起始点选择在元器件工作的上限附近。在递进应力试验的过程中，对于样品数量不进行规定，一般来说试验时间为几百小时不等，最少时仅仅一组样品就可以完成试验。

在上述三种类型的加速寿命试验过程中，较为常用的一种是恒定应力加速寿命试验，这种试验方法与理论已经较为成熟，正式被IEC采用。经大量的试验证明了步进应力试验要更为复杂，但分析计算方法并不实用，因此需要进行不断的验证。除此之外，递进应力试验的效率最高，但是数理统计相当复杂，对于试验设备的要求也较高，因此需要使用专门的应力控制设备来产生符合要求的应力函数，这在某种程度上来说也限制了递进应力试验的应用。

三、加速寿命试验技术研究

（一）加速应力种类

一般来说加速寿命试验中的应力主要有机械应力、热应力、电应力几种，其中机械应力主要指：压力、振动、撞击，电应力主要指电压、电流、功率。一旦出现了多种失效机理，那么在选择产品的过程中需要对产品失效机理进行分析，选择促进作用最大的应力作为加速应力。

（二）以产品可靠性设计为基础

在电子元器件运行的过程中，影响运行效果的因素有很多，因此设计人员需要对众多因素进行整合与分析，从而更好的提升产品可靠性。除此之外，由于产品设备组构成类型较多、性能各不相同，因此需要在选择元器件的过程中对材料也进行筛选。不同的电子元器件与不同的材料之间会诞生出不同的失效模式。除此之外，还需要选择成熟的加工工艺进行加工，保证电子元器件的可靠性可以满足储存寿命以及使用寿命等等要求。

（三）加速寿命试验样品的选择

一些电子元器件的造价较高，因此在进行寿命试验的过程中不可能对所有的电子元器件都进行试验，只能够通过样品来寻找可靠性。一些可靠性指标偏低的产品需要被淘汰，一些可靠性指标正常的产品可以使用。除此之外，还需要对不满足应用寿命的电子元器件进行分析与试验，从而找到其中的薄弱环节，制定针对性的试验方案。

在电子元器件运行的过程中，环境也会对电子元器件产生影响，例如高温、低温、湿热、等等，例如一些电子元器件中有橡胶存在，那么温度和湿度将会对橡胶的质量产生影响。一旦温度过高，就会导致橡胶圈出现断裂、膨胀、硬化等等，这些都会对电子元器件的运行产生影响。在电子元器件运行的过程中，高低温变化应力也将会导致金属出现问题，例如氧化等等。除此之外，金属表面出现锈蚀也是非常重要的问题，一旦出现了锈蚀，将会导致电阻增大，进而影响设备的运行。除此之外，需要通过可靠性试验、故障模式分析、环境应力等等多方面的计算与分析从而寻找到有关于产品的薄弱环节。未来发展的过程电子元器件厂商需要将发展的眼光聚焦于个别电子产品中，从而针对性的开展加速寿命试验。

（四）加速寿命试验在工作中的应用

在航天器运行的过程中，需要多种电子元器件，同时电子元器件需要经过可靠性试验进行验证。不同种类的航天器对于电子元器件的要求也各不相同，但是总体来说未来电子元器件的可靠性试验需要主要以力学和热学两方面为主。为了满足不同的型号要求，在使用之前进行可靠性试验是非常重要的，例如针对于半导体器材进行高温和功率试验，保证运行过程中半导体器材的温度能够达到某一特定数值并且保持240小时以上的长时间运行。对于航天器的金属需要进行耐湿试验和盐雾试验，从而保证对外壳镀层的考验。

四、结束语

总而言之，在未来电子元器件的加速寿命试验需要注意以下几点。首先需要针对于薄弱环节进行针对性试验，从而对短板进行考验与审查。环境温度变化大和力学振动强两者之间的试验结果可能会完全不同，因此不能够以偏概全。最后则是试验需要在专业化的实验室中进行，从而保证专业人员能够得出精准且专业的数据，进行最终的判定与分析。