電子元器件加速壽命試驗(yàn)技術(shù)探討

崔立欣

摘要：本文從電子元器件加速壽命實(shí)驗(yàn)的基本理論與常見的實(shí)驗(yàn)方式入手，并對(duì)常用的加速模型展開了比較，且與具體實(shí)例中進(jìn)行的電子元器件加速壽命實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，探究電子產(chǎn)品加速壽命實(shí)驗(yàn)中的技術(shù)性要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電子元器件;加速壽命試驗(yàn);加速因子

中圖分類號(hào)：TN606文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）13-0180-01

1加速壽命試驗(yàn)概述

電子產(chǎn)品加速壽命實(shí)驗(yàn)是在保障不轉(zhuǎn)變電子元器件失效機(jī)制的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改變實(shí)驗(yàn)因素（比如加大應(yīng)力，升高溫度、速度與電壓等）使實(shí)驗(yàn)對(duì)象快速失效，就可以在較短時(shí)長(zhǎng)中獲取重要訊息，進(jìn)而測(cè)評(píng)其在一般環(huán)境下的有效性或使用信息。

2加速壽命試驗(yàn)類型與選擇

加速壽命實(shí)驗(yàn)由于給予的應(yīng)力不一樣，劃分為恒定應(yīng)力、步進(jìn)應(yīng)力與遞進(jìn)應(yīng)力加速壽命實(shí)驗(yàn)。在以上三種不同種類的加速壽命實(shí)驗(yàn)中，使用次數(shù)最多的是恒定應(yīng)力加速壽命實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)方式與理論基礎(chǔ)較為成熟，也被IEC標(biāo)準(zhǔn)采納。在多次的具體實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)能夠獲得正確的驗(yàn)證，弊端是實(shí)驗(yàn)過程較長(zhǎng)。

3加速壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)探究

3.1加速應(yīng)力類型。加速壽命實(shí)驗(yàn)一般所說的應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力（比如壓力、震動(dòng)、沖撞等）、熱應(yīng)力（即溫度）、電應(yīng)力（例如電壓、功率等）。當(dāng)遭遇各種失效機(jī)制的情形下，就需要選取對(duì)電子元器件失效機(jī)制發(fā)揮的作用最顯著的應(yīng)力當(dāng)做加速應(yīng)力。

3.2加速壽命實(shí)驗(yàn)對(duì)象的選取。電子產(chǎn)品在使用期內(nèi)的影響條件一般有溫度、濕度、腐蝕等。電子元器件在遭受高低溫轉(zhuǎn)化的作用后較易造成金屬氧化、金屬覆蓋材質(zhì)腐蝕等現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而造成接觸電阻變大，產(chǎn)品失效。在電子元器件可靠性試驗(yàn)中，借助可靠性預(yù)估、故障機(jī)制探析與環(huán)境因素多種實(shí)驗(yàn)，尋找出電子元器件的弊端部分，所以把難點(diǎn)確定在個(gè)別產(chǎn)品中，有效地進(jìn)行加速壽命實(shí)驗(yàn)。

3.3加速因子計(jì)算。加速環(huán)境試驗(yàn)的加速水平通常用加速因子來表示。加速因子的含義是指設(shè)備在正常工作應(yīng)力下的壽命與在加速環(huán)境下的壽命之比，通俗來講就是指一小時(shí)試驗(yàn)相當(dāng)于正常使用的時(shí)間。加速因子的計(jì)算也是基于一定的物理模型，常見的物理模型有：

（1）阿倫尼斯模型（Arrhenius）

該模型常用于恒溫應(yīng)力，基于絕對(duì)溫度對(duì)失效機(jī)理的影響。一般情況下，電子零件完全適用阿倫尼斯模型，原因是成品類的失效模式是由大部分電子零件所構(gòu)成。因此，阿倫尼斯模型廣泛用于電子與通訊行業(yè)。其模型表達(dá)式為：

L為量化壽命測(cè)量，如平均壽命、特征壽命、中值壽命或壽命等。V——應(yīng)力水平，對(duì)于阿倫尼斯模型V是絕對(duì)溫度，B為-Ea/k，Ea為活化能，k為玻爾茲曼常數(shù)，k = 8.617E-5。阿倫尼斯模型溫度加速因子可表示為：

（2）佩克模型（Peck）

該模型用于濕度加速，濕度的加速模型有很多種，例如peck、Lawson、Klinger等，其中Peck模型應(yīng)用最為廣泛。該模型通常與阿倫尼斯模型一起使用。

濕度加速因子：

（3）逆冪率模型（Inverse Power Law）

當(dāng)加速因子是單一的非熱應(yīng)力（例如電應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力（腐蝕）、及其他）時(shí)通常使用的加速壽命測(cè)試模型。電應(yīng)力（如電壓、電流、功率或壓力應(yīng)力）作為單一加速應(yīng)力，適用于金屬和非金屬材料，軸承和電子裝備等。其模型表達(dá)式為：

逆冪律加速因子：

（4）實(shí)例計(jì)算

例題：某一種電子器件在40℃、60%RH下使用，計(jì)劃在85℃、85%RH下做加速壽命試驗(yàn)，計(jì)算該加速試驗(yàn)的加速因子。解析：本試驗(yàn)涉及溫度和濕度兩種應(yīng)力，因此，分別計(jì)算各應(yīng)力的加速因子，然后相乘得到整個(gè)加速試驗(yàn)的加速因子。

其中，Ea為激活能（eV），k為玻爾茲曼常數(shù)且k=8.6×10-5eV/K，T為絕對(duì)溫度、RH為相對(duì)濕度（單位%），一般情況下n取為2。

根據(jù)產(chǎn)品的特性，取Ea為0.67eV，正常使用條件為40℃、60%RH，把上述數(shù)據(jù)帶入計(jì)算，求AF=45，即在85℃、85%RH下做1小時(shí)試驗(yàn)相當(dāng)于正常使用條件下的壽命約45小時(shí)。

還需要說明的一點(diǎn)是，加速因子的計(jì)算公式都是建立在特定的模型基礎(chǔ)上的，而模型的建立往往會(huì)包含一些假設(shè)，并且會(huì)忽略或簡(jiǎn)化次要的影響因素，因此計(jì)算的結(jié)果也僅僅具有指導(dǎo)和參考意義，不能死板地認(rèn)為只要試驗(yàn)足夠時(shí)間就一定能確保產(chǎn)品的壽命。

4結(jié)語

電子元器件領(lǐng)域發(fā)展較快，加速壽命實(shí)驗(yàn)方式早已變?yōu)楸Ｕ想娮赢a(chǎn)品可靠性的有效方式，發(fā)揮著尤為重要的作用。伴隨產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，加速壽命實(shí)驗(yàn)也提升了實(shí)踐效率，減少了應(yīng)用時(shí)長(zhǎng)，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間成本。加速壽命實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面也是可靠性實(shí)驗(yàn)技術(shù)行業(yè)中備受關(guān)注的方面，伴隨實(shí)驗(yàn)的持續(xù)深入，將會(huì)擁有更大的研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔慶祥.型號(hào)可靠性工程手冊(cè)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2]羅雯，魏建中，陽輝，等.電子元器件可靠性試驗(yàn)工程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3]劉明治.可靠性試驗(yàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.