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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-08-09 14:29
驗(yàn)證一個(gè)產(chǎn)品的工作壽命最直接的方法就是直接模擬它實(shí)際受到的工作環(huán)境，觀察它正常工作的時(shí)間，例如一個(gè)電子器件在85℃工作100小時(shí)，那么在試驗(yàn)時(shí)就只要將器件放置在85℃的環(huán)境中觀察它正常工作的時(shí)間，如果超過100h，那么器件合格，同時(shí)在85℃下器件從開始工作到不能正常工作的時(shí)間就是它的壽命。
目前，我們的電子設(shè)備工作壽命都比較長(zhǎng)，通過超過1000小時(shí)甚至于幾十萬小時(shí)，如果，花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間去驗(yàn)證，試驗(yàn)成本是非常巨大的，尤其對(duì)于需要找第三方機(jī)構(gòu)去進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試費(fèi)用相對(duì)昂貴，可能實(shí)際電子產(chǎn)品的售價(jià)都較低，花費(fèi)幾十萬成本去測(cè)試，顯得無法實(shí)施。這個(gè)時(shí)候，采用加速試驗(yàn)的方法，就相當(dāng)有必要了，可以使用加速壽命試驗(yàn)來解決壽命試驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)的問題；可以使用壽命加速模型來評(píng)估器件的壽命。
加速壽命試驗(yàn)就是通過增加器件的試驗(yàn)應(yīng)力來縮短試驗(yàn)時(shí)間，例如驗(yàn)證器件在25℃下能否工作10000h，可以通過將試驗(yàn)溫度提高到150℃，這樣試驗(yàn)所需要持續(xù)的時(shí)間就會(huì)縮短。
一、高溫加速模型：阿倫尼斯Arrhenius模型
阿倫尼斯模型適用于單純考慮熱效應(yīng)試驗(yàn)的加速模型，當(dāng)溫度是影響產(chǎn)品老化及使用壽命的絕對(duì)因素時(shí)，采用該加速模型來模擬整個(gè)壽命周期的可靠性表現(xiàn)。
【加速因子公式表達(dá)】
其中公式中各個(gè)參數(shù)代表的含義解釋如下
AT,i：加速因子，在所有的加速模型中都是表達(dá)一個(gè)含義，也就相當(dāng)于加速系數(shù)，計(jì)算出他就能將整個(gè)壽命周期時(shí)間轉(zhuǎn)換成加速試驗(yàn)的時(shí)間；
Ea:是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。一般來說，激活能的值在0.3ev~1.2ev之間;
K：是玻爾茲曼常數(shù)，其值為8.617385×10-5 ev/K;
Ttest：測(cè)試條件下(加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K(開爾文)作單位；
Tfield:是使用條件下(非加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K(開爾文)作單位
從公式中可以看出，激活能越大，加速系數(shù)也越大，越容易被加速失效，加速試驗(yàn)效果越明顯。如果，在激活能確定的情況下，溫度差越大，加速系數(shù)也越大。
但是，這里要特別注意，執(zhí)行加速測(cè)試的前提時(shí)，增加應(yīng)力產(chǎn)生相同的失效模式，如果加速應(yīng)力超出產(chǎn)品、材料本身的極限溫度范圍，可以產(chǎn)生的新的失效模式，那么加速試驗(yàn)得到的加速系數(shù)也就沒有意義了。
二、阿倫尼斯模型有下述特點(diǎn)：
(1)該模型反映的是產(chǎn)品某特性量與激活能和所施加應(yīng)力的關(guān)系；
(2)阿倫尼斯模型使用的壽命與溫度的表達(dá)形式及加速因子都是基于退化量相同導(dǎo)出的。這就為加速壽命試驗(yàn)提供了另外一條途徑，即利用某性能參數(shù)或特征量退化數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行評(píng)定、推斷。
(3)從公式中可以看出，激活能越大，加速系數(shù)也越大，越容易被加速失效，加速試驗(yàn)效果越明顯；
(4)在激活能確定的情況下，溫度差越大，加速系數(shù)也越大；
三、激活能Ea及失效模式：
對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品激活能Ea如何選擇？
推薦的取值范圍為0.5-0.8，建議取0.6或者0.7，當(dāng)然0.65也沒問題，基本思路就是溫度上升10度，壽命降低一半，0.65算出來最接近，但是工程師通常取整，所以0.7出現(xiàn)的更多一些。
對(duì)于汽車產(chǎn)品激活能Ea如何選擇？
汽車產(chǎn)品的安全性要求很高，所以通常都相對(duì)保守，一般取值為0.4-0.5，具體看企業(yè)的策略吧。
四、應(yīng)用案例
某一客戶需要對(duì)產(chǎn)品做105℃的高溫測(cè)試。據(jù)以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，此種產(chǎn)品的激活能Ea取0.68最佳。對(duì)產(chǎn)品的使用壽命要求是10年，現(xiàn)可供測(cè)試的樣品有5個(gè)。若同時(shí)對(duì)5個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，需測(cè)試多長(zhǎng)時(shí)間才能滿足客戶要求？
AF=EXP(Ea/k*(1/Tnormal-1/Tfeild))=exp(0.68/K*(1/((25+273)-1/(105+273)))=262
T測(cè)=Life/AF=10*365*24/262=333.73h。
需要注意的是：阿倫尼斯Arrhenius模型僅適用于單一高溫應(yīng)力的加速試驗(yàn)，對(duì)于其他多應(yīng)力的加速，需要采用其他加速模型進(jìn)行。
來源：北京可靠性及電磁兼容實(shí)
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