加速寿命试验(7)
加速寿命实验设计
加速寿命实验设计
实验设计关键因素
实验设计关键因素
实验目标定义
1.明确实验目的：确定实验目标，明确希望通过实验解决什么问题或验证什么假设。 2.量化实验指标：将实验目标量化，以便更准确地衡量实验结果。 3.考虑实验限制：考虑实验资源、时间和预算等方面的限制，确保实验设计具有可行性。
实验样本选择与处理
1.样本来源：确定样本来源，确保样本具有代表性和可靠性。 2.样本数量：根据实验需求和统计方法，确定所需的样本数量。 3.样本处理：确定样本处理方法，以消除干扰因素或确保实验条件的一致性。
实验设计关键因素
▪ 实验变量与控制
1.变量识别：识别实验中的所有变量，包括自变量、因变量和 潜在干扰变量。 2.变量控制：确定控制变量的方法，以减少干扰因素对实验结 果的影响。 3.变量测量：选择可靠的测量工具或方法，以确保变量测量的 准确性和客观性。
实验结果的可靠性评估
1.对实验过程进行回顾，确认是否存在可能影响实验结果可靠 性的因素。 2.对实验数据进行交叉验证，确保实验结果的稳定性和可重复 性。 3.对实验结果的不确定性进行评估，为后续决策提供可靠的依 据。
实验结果应用与探讨
▪ 实验结果的应用前景探讨
1.根据实验结果，探讨可能的应用场景和实际价值。 2.分析实验结果的应用前景，评估其推广潜力和市场前景。 3.针对实验结果的应用，提出改进和优化建议，提高其实用性和竞争力。
实验数据与结果分析
▪ 数据分析方法
1.掌握常用的数据分析方法，如回归分析、方差分析等。 2.根据实验目的选择合适的数据分析方法。 3.利用数据分析软件进行分析，得出结果。
▪ 实验结果展示
1.将实验结果以清晰、简明的方式展示出来。 2.对比不同实验条件下的结果，分析差异。 3.对实验结果进行解释和说明。
加速寿命试验
1.MTBF測試原理
1.1.9 反乘冪法則(Inverse Power Law)適用於金屬和非金 屬材料,軸承和電子裝備等. 1.1.10.復合模式(Combination Model)適用於同時考慮溫度 與電壓作為環境應力的電子材料,如電容. 1.1.11.一般情況下,主動電子零件完全適用阿氏模型,而電子 和資訊類成品也可適用阿氏模型,原因是成品類的失效 模式是由大部分主動式電子零件所構成.因此,阿氏模 型,廣泛應用於電子﹑資訊行業.
1.MTBF測試原理
1.2.2. 加速因子
加速因子即為產品在使用條件下的壽命和高測試應力條件下 的壽命的比值.
如果產品壽命適用於阿氏模型,則其加速因子為:
Vu為使用條件下的絕對溫度 Va為加速條件下的絕對溫度 B=EA/K
1.MTBF測試原理
1.2.3.加速因子中活化能Ea的計算 活化能是分子與化學或物理作用中需具備的能量,單位 是電子伏特Ev. 當試驗的溫度與使用溫度差距範圍不大時, 則Ea可設為常數. Ea= K* (Inλa – Inλn)/(1/Tn-1/Ta) λa為加速溫度時的失效率 λn為正常溫度時的失效率 Tn, Ta均為絕對溫度0K λa和λn可以以試驗的方式的得出,但需要較長的試驗時 間.而且新機種的失效率很難在短時間內得出.
MTB F 計算方法概論
加速寿命试验
加速寿命试验
在增加的应力水平下对产品性能（通常是失效时间）建模，以便能够推断正常使用条件下的结果。
加速寿命试验的目的是加速失效过程以及时获取有关寿命较长产品的信息。
例如，在正常条件下，微芯片可能需要数年才能失效。
但是，在高温条件下，相同的微芯片可能在数小时内就会失效。
使用加速寿命试验，您可以使用微芯片在高温下的失效时间信息来预测正常操作条件下可能出现失效的时间。
由于电子部件通常需要较长时间才会失效，因此加速寿命试验在电子行业中较为普遍。
加速寿命试验还用于预测材料性能，如金属、塑料、马达、绝缘件、陶瓷、胶粘剂以及保护涂层等。
常见性能（响应）变量包括疲劳周期、循环时间、龟裂出现时间、磨损和腐蚀时间等。
常见应力变量包括机械应力、温度、震动、湿度和电压等。
加速寿命试验知识摘录
加速寿命试验寿命试验(包括截尾寿命试验)方法是基本的可靠性试验方法。
在正常工作条件下，常常采用寿命试验方法去估计产品的各种可靠性特征。
但是这种方法对寿命特别长的产品来说，就不是一种合适的方法。
因为它需要花费很长的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设计出来，老产品就要被淘汰了。
所以这种方法与产品的迅速发展是不相适应的。
经过人们的不断研究，在寿命试验的基础上，找到了加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法。
加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法，加快产品失效，缩短试验周期。
运用加速寿命模型，估计出产品在正常工作应力下的可靠性特征。
下面就加速寿命试验的思路、分类、参数估计方法及试验组织方法做一简单介绍。
1 问题高可靠的元器件或者整机其寿命相当长，尤其是一些大规模集成电路，在长达数百万小时以上无故障。
要得到此类产品的可靠性数量特征，一般意义下的载尾寿命试验便无能为力。
解决此问题的方法，目前有以下几种：（１）故障数r =0的可靠性评定方法。
如指数分布产品的定时截尾试验θχαL S t =2202()())(20t S 为总试验时间。
α为风险, α=0.1时，21.0χ(2)=4.605≈4.6；当α=0.05时，205.0χ(2)=5.991≈6。
（２）加速寿命试验方法如，半导体器件在理论上其寿命是无限长的，但由于工艺水平及生产条件的限制，其寿命不可能无限长。
在正常应力水平0S 条件下，其寿命还是相当长的，有的高达几十万甚至数百万小时以上。
这样的产品在正常应力水平0S 条件下，是无法进行寿命试验的，有时进行数千小时的寿命试验，只有个别半导体器件发生失效，有时还会遇到没有一只失效的情况，这样就无法估计出此种半导体器件的各种可靠性特征。
因此选一些比正常应力水平0S 高的应力水平1S ，2S ，…，k S ，在这些应力下进行寿命试验，使产品尽快出现故障。
（３）故障机理分析方法研究产品的理、化、生微观缺陷，研究缺陷的发展规律，从而预测产品的故障及可靠性特征量。
火工品试验方法加速寿命试验恒定温度应力试验法
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电子元器件加速寿命试验试验报告
试验报告1、引言加速寿命试验(Accelerated life test，ALT)是一种对受试品施加不同应力，从而快速暴露产品的缺陷，进而确定产品工作极限和破坏极限，以及发现并消除缺陷及潜在缺陷的试验程序，它利用阶梯应力方式施加在受试品上，施加在受试品上的应力有振动、高低温、湿度、电应力开关循环、极限电压及极限频率等。
ALT试验的主要目的是增加产品的设计极限值，迅速找出产品设计及制造的缺陷，通过根因分析并消除缺陷，从而增加产品可靠度并缩短研发时间和减少研发费用目前，加速寿命试验已在电子元器件研发制造中广泛应用。
所以加速寿命试验是在进行合理工程及统计假设的基础上,利用与物理失效规律相关的统计模型对在超出正常应力水平的加速环境下获得的信息进行转换,得到产品在额定应力水平下的特征可复现的数值估计的一种试验方法。
目前应用最广的加速寿命试验是恒加试验。
恒定应力加速度寿命试验方法已被IEC标准采用。
其中加速试验程序包括对样品周期测试的要求、热加速电耐久性测试的试验程序等，可操作性较强。
恒加方法造成的失效因素较为单一，准确度较高。
国外已经对不同材料的异质结双极晶体管（HBT）、CRT阴极射线管、赝式高电子迁移率晶体管开关（PHEMT switch）、多层陶瓷芯片电容等电子元器件做了相关研究。
恒加试验一般需要约1000 h，总共要取上百个样品，要求应力水平数不少于3个。
每个应力下的样品数不少于10个，特殊产品不少于5只。
每一应力下的样品数可相等或不等，高应力可以多安排一些样品。
步加试验只需1组样品，最好至少安排4个等级的应力，每级应力的失效数不少于3个，这样才能保证数据分析的合理性。
另外一种方法是步进应力加速寿命试验。
步加试验时，先对样品施加一接近正常值的应力，到达规定时间或失效数后，再将应力提高一级，重复刚才的试验，一般至少做三个应力级。
恒加试验已经成熟地应用于包括航空、机械、电子等多个领域。
步加试验往往作为恒定应力加速寿命试验的预备试验，用于确定器件承受应力的极大值。
加速寿命试验研究综述
加速寿命试验研究综述为了判断产品使用寿命，加速寿命试验是一种常用的手段。
本文旨在综述加速寿命试验的基本原理、常见方法以及展望未来的发展趋势。
一、基本原理加速寿命试验的基本原理是将产品的使用环境条件放大，以缩短产品的使用寿命，进而推断实际使用条件下的寿命。
试验中需要确定的环境因素包括温度、湿度、氧化、压力、振动等，这些因素是影响产品寿命的重要因素。
二、常见方法1.温度试验温度是影响产品使用寿命的重要因素，因此温度试验也是加速寿命试验中最常用的方法之一。
通过将产品置于高温或低温条件下，以缩短产品寿命。
湿度也是影响产品使用寿命的重要因素之一。
在湿度试验中，产品被放置在高湿度环境下，以模拟长期使用条件中的潮湿环境，进而推断出实际寿命。
3.氧化试验氧化是很多产品使用过程中常见的问题。
在氧化试验中，产品被置于高氧化或低氧化的环境中，以缩短产品寿命，进而得出实际寿命。
4.压力试验5.振动试验振动试验主要针对那些在振动环境中工作的产品，比如汽车发动机、机械振动等。
通过模拟实际振动环境，以缩短产品寿命，进而推断出实际寿命。
三、发展趋势未来，随着科技的发展和人们对品质的要求越来越高，加速寿命试验也会不断发展。
以下是未来可能的发展趋势：未来的加速寿命试验将会更加注重多因素试验，即同时考虑多种环境因素对产品寿命的影响，以逼近实际使用条件中的情况。
2.新兴材料的测试随着新兴材料的不断涌现，比如高分子材料、纳米材料等，未来的加速寿命试验将会对这些新材料进行测试，以评估它们的实际使用寿命。
3.虚拟仿真试验未来的加速寿命试验将会更加注重虚拟仿真试验，即通过计算机模拟产品的使用过程，进而降低试验的成本和时间。
总之，加速寿命试验是评估产品使用寿命的一种重要手段，在未来将会不断发展，以适应不断变化的市场需求。
加速寿命试验的加速模型 标准
加速寿命试验的加速模型标准【加速寿命试验的加速模型标准】1. 引言在工程领域，对产品的寿命进行评估和预测是非常重要的，尤其是在一些对产品寿命要求较高的行业，比如航空航天、汽车、医疗器械等。
加速寿命试验是一种常见的手段，通过在相对较短的时间内模拟产品使用过程的加速速度，以求得产品的可靠性和寿命指标。
而加速寿命试验的加速模型标准则是对试验过程中使用的加速模型进行规范和标准化，以确保试验结果的可靠性和可比性。
2. 加速寿命试验的基本原理在进行加速寿命试验时，需要首先确定试验过程中所使用的加速模型。
加速模型是指在实验室条件下对产品进行加速老化或破坏的方法和技术，以求得产品在实际使用环境下的寿命。
常见的加速模型包括温度应力模型、湿度应力模型、压力应力模型等。
这些加速模型都是基于一定的物理和化学原理建立起来，通过模拟产品在实际使用过程中所受到的环境应力，来加速产品老化和失效的过程。
3. 加速寿命试验的加速模型标准针对不同的产品和行业，加速寿命试验的加速模型标准有所不同。
一般来说，国际上对加速寿命试验的加速模型标准进行了规范和统一，比如ISO 9227对盐雾试验的加速模型进行了规范，ISO 6270对循环试验的加速模型进行了规范等。
这些标准主要包括了试验条件、试验方法、试验过程中的监测和记录要求等内容，以确保试验过程中的可靠性和可比性。
4. 个人观点在加速寿命试验中，选择合适的加速模型标准是非常重要的。
一个合适的加速模型标准可以有效地加速产品老化和失效的过程，节约时间和成本。
然而，在选择加速模型标准时，需要充分考虑产品的实际使用环境和应力条件，以及试验过程中的可靠性和可比性要求。
针对一些特殊的产品和行业，也需要根据实际情况进行定制化的加速模型标准，以满足产品寿命评估和预测的需要。
5. 总结加速寿命试验的加速模型标准是对试验过程中所使用的加速模型进行规范和标准化的重要手段。
选择合适的加速模型标准可以有效地加速产品老化和失效的过程，节约时间和成本。
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加速寿命试验一般执行寿命试验之目的在评估产品于既定环境下之使用寿命，耗时较久，且须投入大量的金钱，而产品可靠度信息又不能实时获得并加以改善，导致失去许多"商机"与"竞争力"。
因此，如何在实验室中以加速寿命试验(Accelerated Life Testing; ALT)的方法，在可接受的试验时间内评估产品的使用寿命，便成为整体可靠度试验工作中相当重要的一环，亦为可靠度试验中最具挑战性的课题。
基本上，加速寿命试验是在物理与时间上，加速产品的劣化肇因，以较短的时间试验，并据以推定产品在正常使用状态的寿命或失效率。
如果产品的劣化机构单纯，拟订加速寿命试验计划较容易。
但实际产品失效往往牵涉到很多失效机构，即使欲同时加速，加速程度也因失效机构而异，可能发生迥异于实际操作上的失效模式。
因此，加速寿命试验之基本条件是不能破坏原有特性，要尽量选择失效机构不变化的试验条件，或失效机构容易单纯化的试验条件，使加速寿命试验结果之适用范围明确化。
例如某信息设备的输入电压限制为100~130V，若规划以200V为输入，当然就破坏了原有的设计特性。
一般说来，加速寿命试验考虑的三个要素为「环境应力」、「试验样本数」及「试验时间」。
假如产品既复杂又昂贵，则样本数将较少，相对的须增加试验时间或环境应力，以加速其试验;反之如果产品造价较便宜，且数量多，则欲缩短试验时间的情况下，可考虑增加样本数或环境应力。
惟如前面所叙述，加速寿命试验下的失效模式．必须与正常操作环境下之寿命试验相同，其试验结果才有意义。
谈加速寿命试验，最重要的是如何掌握其加速因子(Accelerated Factor)。
假使相同产品，做二种不同应力(加速)条件的试验，其结果可得二个不同的特征寿命η1设为低应力试验条件)及η2(为高应力条件)，则η1/η2即为加速因子(高、低应力间相对的加速程度)，图6.20即为此种加速观念的示意图。
在相同产品老化程度下，两种试验的时间显然不同，由图6.20所得T1/T2值即为加速因子。
若温度(外加应力)是产品惟一的加速因素，则采可采用ArrheniuS模式;另反乘幕法则式(Inverse Power Law Model)及Eyring Model适用于金属和非金属材料、电容、轴承、电子装备等之加速寿命试验模式;复合模式(Combination model)则可适用于电子产品之加速寿命试验;此外，亦可如Martin Marietta公司由其本身所累积之经验，建立某些零组件所适用的加速寿命试验模式(Kimball,1980)-加速寿命试验之分类如前所述，加速寿命试验是在操作频率方面或在理化反应方面加速试件之劣化条件，以较短时间推定产品正常使用状态之失效率或寿命的试验方法。
依其实施的方法可分为应力加速．时间加速及分析加速三大类型，兹分述如下:(1)应力加速寿命试验:此法系加重工作应力或环境应力，短时间内造成强制劣化效果的加速寿命试验方法，所施加之应力通常大小一定。
但亦有随时间变化的步进应力(Step Stress)试验法。
加速应力试验在施加应力种类、大小及施加方式等方面均须有适当考虑选择。
所选择应力种类须有效造成强制劣化效应，而其可施加应力之大小应受「所造成失效模式与实际操作时发生者相同」的约束。
施加方式，须使应力之传递．分布及作用方式与实际操作情况相同。
凡此种种，在试验规划设计时皆需要注意考虑。
(2)时间加速寿命试验(亦称反复加速寿命试验):此法系增加产品操作之反复次数或形成连续动作，以造成加速效应的方法，属于狭义的加速寿命试验。
此法适用于诸如自动电话交换机选择开关等，工作中以开机关机为必要动作且为造成失效主要原因之机械。
(3)分析加速寿命试验:此法系应用劣化观测及数据分析分析技巧，加速判定失效率或寿命状况的方法。
简单一点的说，分析加速寿命试验便是在产品之造价相当昂贵时，则可斟酌采用增加试验时间，减少取样的试验方法;反之，若产品产量多且造价低廉，则可考虑增加样本，并相对的减少试验时间的一种加速寿命试验。
以下将针对应力加速寿命试验予以介绍，同时亦持重点锁定于电子产品之应力加速寿命试验的规划与评估。
加速寿命试验的相关问题理论上，若加速寿命与实用寿命的失效模式相同，即可运用加速寿命试验。
但实际上，有时失效模式相同，失效机构(Mechanism)却不同，或即使失效机构亦相同，但失效判定条件或使用条件变动的话，加速性就变化。
在长期的研发改进过程中，产品的设计或制造方法都可能发生变化，顾客的使用条件方可能发生变化;或是以规定的技术方法所生产的产品，也因存在无法控制的因素影响，造成失效机构的改变，这些都可能造成无法利用加速寿命试验。
例如，电子管的寿命满足Arrhenius的关系式，所以可提高阴极温度，实施加速寿命试验。
例如，电视机用布朗管若使阴极温度成为额定值的100%，可实施加速因子为2.2倍至3倍的加速寿命试验。
但不论是阴极温度低于额定，或不从阴极取电流而使用电子管时，都会显著减短寿命。
两者之失效模式都是电子放射不良，但其间的差异在于失效机构不同。
电子管常因阴极活性物质的减少而使电子放射特性劣化，但阴极温度减低的话，管内不纯气体的作用亦会使电子放射特性劣化;若不取电流而动作的话，阴极内部生成的中间层化合物电阻增大，亦使电子放射特性劣化，所以即使判定寿命的失效模式相同，失效机构也不同。
故电子管须检讨实际使用时阴极温度的偏差、间歇动作等条件，才能决定实施加速寿命试验之方法。
除了以上所提的问题外，在规划加速寿命试验时须综合考虑下列问题，才能选定加速寿命试验的条件，以决定其适用的范围:(1)施加应力之大小不同可能形成不同的失效模式，在此种情形下，应力加速法之使用受到限制。
(2)失效发生时间与施加应力强度之间，可能因应力大小之不同或因机械操作条件不同而有不同的关系，放在加速寿命试验规划之初，就应该注意到此种应力加速适用范围的问题。
(3)可在若干不同的试验方法及不同的失效分析基准之中，选用加速因子较大的方法，以较短试验时间评估寿命的效用。
(4)产品在实地使用状况下，应力的变动大，失效发生的条件方可因使用者不同而异;或即使是反应机构相同的失效，分散亦颇不均匀，因此利用实验数据推定实际使用寿命时，应尽量指定累积失效率加以推定，以避免因数据不充足造成错误的分析。
反应速度论与反应速度模式由于实际之需要，科学家早就注意研究寿命与应力之关系，其成果即多应用于加速寿命试验，其中以经验及实验求得者居多。
在理论推导的寿命与应力关系中，以"反应速度论"所推导者最具代表性。
依据反应速度理论，对象发生失效(或称故障)系基体物质因蒸发、扩散、氧化、吸着、腐蚀、离子转移、再结晶等物理与化学反应而逐步劣化，终至超越界限即发生失效。
假设µ(t)代表组件或材料在时间为t 时之应力参数(如电阻、电流、温度、强度、干扰等)。
则μ(t)与应力之间存有下列关系f (µ)=K r t (1)式中K r 为反应速度常数，而f (µ)仅为μ的函数。
对于劣化反应之反应速度不随时间变动者(例如氧化、腐蚀)，存在μ－μ0= K r t 的关系，其中μ0为起始值;对反应速度与基体现况成正比者(例如蒸发)，则有μ/μ0= K r t 的关系。
若将劣化至失效发生之时间称为产品寿命(η)，而当时对应的特性参数值为μF ，则有 f (μF )=K r η (2)由上式可知，若能了解K r 与应力的关系，即可求得产品寿命与应力的关系。
定应力加速寿命试验此法系加重工作应力或环境应力，短时间内造成强制劣化效果的加速寿命试验方法，所施加之应力通常大小一定。
但亦有随时间变化的步造应力试验法。
加速应力试验在施加应力种类、大小及施加方式等方面均须有适当考虑选择。
若应力水平保持固定之寿命试验称为定应力寿命试验(Constant Stress Accelerated Test; CSAT)，以下将介绍几种常见的定应力加速寿命试验模式(Kececioglu and Jacks,1983)。
阿氏(Arrhenius)加速寿命试验模式若加速寿命试验所考虑的环境应力为温度，且失效时间符合指数分布，则可采用Arrhenius 模式作为加速寿命试验之分析模式。
在Arrhenius 之反应速度论模式中，反应速度常数Kr 与温度T(以绝对温度。
K 表示)间之关系为KT E r eK −⋅Α= (3)或 KTE K r −Α=ln ln (4) 式中K 为Boltzmann 常数(=8.623x10-5eV/o K)，E 为活化能，A 为比例常数。
将(4)式代入(2)，可建立寿命η与温度T 的关系为[]r F K f ln )(ln ln −=µη=[]KTE fF +Α−ln )(ln µ 由于[]C f F ln ln )(ln =Α−µ为一常数，故上式可简化为 1)((ln ln TKT E C +=η (5a) 或 KT Ee C ⋅=η (5b)此即ArrheniuS 加速寿命试验模式。
一般而言，主动电子零件完全适合本模式;而电子、信息类成品仍然可适用本模式，理由是成品类的失效模式系由大部份主动电子零件所构成，因此，阿氏模式为一般电子、信息业(零件或成品)所认同。
已有实验证明电子管的阴极温度，半导体的接合温度、电阻或电容器的表面温度、马达的绝缘材料温度等与寿命之间亦存有Arrhenius 之关系，故此类产品的加速寿命试验均可应用阿氏模式。
假设产品在正常操作状态之寿命及温度分别为ηn 及T n ;加速寿命试验状态之寿命及温度分别为ηa 及T a ，则Arrhenius 模式成立时之加速因子(A η)为)11)((a n T TK E a n e A −==ηηη (6)若假设失效率为(λ)，失效率加速因子(A λ)则为KTE C −−=ln ln λ (7) )11)((a n T T K E n a e A −==λλλ (8)由(6)或(8)式可知，只要知道两种试验条件下的温度(T a &T n ),，即可获知加速试验之加速因子。
但(6)式与(8)式系假设试件在两种不同温度下之活化能(E)相同所获得的结果，故应用时两种试验温度差距不宜过大，否则所预估之加速因子可信度将降低。
一般电子产品在早天期失效之活化能约在0.2~0.6eV 之间，正常有用期失效之活化能趋近于1.0eV ，而衰老期失效之活化能将大于1.0eV 。
有关活化能之估算，将在以后章节中加以介绍。
[范例]取7件产品作50℃之加速寿命试验，得知其失效时间分别为:3000、3450、5000、6500、7850、8000、8500小时。