快速了解高加速應力篩選及壽命試驗設備！

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(guò)強化試驗條件，使受試產(chǎn)品加速失效，以便在較短時(shí)間內獲得必要信息，來(lái)評估產(chǎn)品在正常條件下的可靠性或壽命指標。通過(guò)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(diǎn)

進(jìn)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(shí)間內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(guò)采用比設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(lái)實(shí)現這一點(diǎn)的。由于使用更高的應力，在進(jìn)行加速試驗時(shí)必須注意不能引入在正常使用中不會(huì )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(dòng)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(lèi)

高加速試驗主要分為兩類(lèi)，每一類(lèi)都有明確的目的：

（1）加速壽命試驗--估計壽命；

（2）加速應力試驗--確定（或證實(shí)）和糾正薄弱環(huán)節。

這兩類(lèi)加速試驗之間的區別盡管細微，但卻很重要，它們的區別主要表現在下述幾個(gè)方面：作為試驗的基礎的基本假設、構建試驗時(shí)所用的模型、所用的試驗設備和場(chǎng)所、試驗的實(shí)施方法、分析和解釋試驗數據的方法。

表1 對這兩類(lèi)主要的加速試驗進(jìn)行了比較。

四、高加速試驗的產(chǎn)品層次

要明確進(jìn)行加速試驗的產(chǎn)品層次（級別）是設備級還是零部件級，這一點(diǎn)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（設備），只有少數方法同時(shí)適用于零件級和總成（設備）級。對零件級非常合適的基本假設和建模方法在對較高級別的設備進(jìn)行試驗時(shí)可能完全不成立，反之亦然。

表2 列出了在兩個(gè)主要的級別（設備級和零部件級）上進(jìn)行試驗的信息。

五、先進(jìn)的高加速試驗

過(guò)去，大多數加速試驗都是使用單一應力和在定應力譜進(jìn)行的。包括周期固定的周期性應力（如溫度在規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，應力譜不必是恒定的，也可以使用多種應力的組合。常見(jiàn)的非恒定應力譜和組合應力包括：

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

高加速試驗系統性地使用大大超過(guò)產(chǎn)品使用中預期水平的環(huán)境激勵，因此需要詳細理解試驗結果。高加速試驗用于確認相關(guān)故障，并用來(lái)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(shí)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(gè)研制工具，而HASS（高加速應力篩選）是一個(gè)篩選工具。它們常?；ハ嗦?lián)合使用。這是兩種相對較新的方法，與傳統的加速試驗方法不同。HAL與THASS的具體目標是改進(jìn)產(chǎn)品設計，將制造偏差和環(huán)境效應對產(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計與高加速試驗沒(méi)有聯(lián)系。

步進(jìn)應力譜試驗。使用步進(jìn)應力譜，試驗樣本首先按事先規定的時(shí)間以某個(gè)給定的應力水平試驗一段，然后在高一點(diǎn)的應力水平下再試驗一段時(shí)間。不斷增加應力水平繼續上面的過(guò)程，直到某個(gè)試驗樣本失效，或者試驗進(jìn)行到最大應力水平時(shí)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，因此很難定量地預計產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命。

每一步中應該增加的應力量值與許多變量有關(guān)。但是，允許在設計中進(jìn)行這樣的試驗的一個(gè)普遍的法則是：假設產(chǎn)品沒(méi)有缺陷，如果最終能以適當的裕量超出預期的使用環(huán)境中的應力，就能保證總體中的每一個(gè)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(jìn)應力譜試驗。漸進(jìn)應力譜或者"梯度試驗"是另一種常見(jiàn)的方法，試驗中應力水平隨時(shí)間持續增加。其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)與步進(jìn)試驗相同，但有另外一個(gè)困難，就是很難精確地控制應力增加的速率。

HALT（高加速壽命試驗）。HALT一詞是Gregg K. Hobbs 于1988年提出的。HALT有時(shí)指應力增益壽命試驗（STRIFE），是一種研制試驗，是步進(jìn)應力試驗的一種強化形式。它一般用來(lái)確認設計的薄弱環(huán)節和制造過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及用來(lái)增加設計強度的富裕量，而不用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品壽命或可靠性的定量預計。

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

HAST（高加速溫度和濕度應力試驗）。隨著(zhù)近來(lái)電子技術(shù)的高速發(fā)展，幾年前剛剛出現的的加速試驗可能不再適應當今的技術(shù)了，尤其是那些專(zhuān)門(mén)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，現在用傳統的、普遍被接受的85℃/85%RH的溫度/濕度試驗需要花上千小時(shí)才能檢測出新式集成電路的失效。在大多數情況下，試驗樣本在整個(gè)試驗中不發(fā)生任何失效。不發(fā)生失效的試驗是說(shuō)明不了什么問(wèn)題的。而產(chǎn)品在使用中必定會(huì )偶爾失效。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)加速試驗。HSAT就是為代替老的溫度/濕度試驗而開(kāi)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(shí)基于的方法可以分為3類(lèi)：物理加速模型、經(jīng)驗加速模型和統計加速模型。

物理加速模型是基于對產(chǎn)品失效過(guò)程的物理化學(xué)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(xué)理論提出的。該模型也描述了產(chǎn)品壽命和溫度應力之間的關(guān)系。Glasstene等擴展了艾林模型，給出了描述產(chǎn)品壽命和溫度應力、電壓應力的關(guān)系。

經(jīng)驗加速模型是基于工程師對產(chǎn)品性能長(cháng)期觀(guān)察的總結而提出的，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)應力與產(chǎn)品壽命之間的關(guān)系。

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