為評價產(chǎn)品壽命特征的試驗,叫作壽命試驗,。壽命試驗是研究產(chǎn)品壽命特征的方法,,這種方法可在實驗室模擬各種使用條件來進行,。壽命試驗也是可靠性試驗中最重要最基本的項目之一,它是將產(chǎn)品放在特定的試驗條件下考察其失效(損壞)隨時間變化的規(guī)律,。通過壽命試驗,,借助壽命-應力關(guān)系模型,可以了解產(chǎn)品的壽命特征,、失效規(guī)律,、失效率,、平均壽命以及在壽命試驗過程中可能出現(xiàn)的各種失效模式,。結(jié)合失效分析,可進一步弄清導致產(chǎn)品失效的主要失效機理,,作為可靠性設計,、可靠性預測、改進新產(chǎn)品質(zhì)量和確定合理的篩選,、例行(批量保證)試驗條件等的依據(jù),。如果為了縮短試驗時間,可在不改變失效機理的條件下用加大應力的方法進行試驗,,即加速壽命試驗,。壽命試驗可以對產(chǎn)品的可靠性水平進行評價,并通過質(zhì)量反饋來提高產(chǎn)品的可靠性水平,。
壽命試驗是在生產(chǎn)過程比較穩(wěn)定的條件下,剔除了早期失效產(chǎn)品后進行的試驗,,通過壽命試驗可以了解產(chǎn)品壽命分布的統(tǒng)計規(guī)律,。壽命試驗可以劃分為多種:按任務條件可分為存儲壽命試驗、工作壽命試驗,;按施加應力可分為長期壽命試驗,、加速壽命試驗;按數(shù)據(jù)處理方式可分為定時截尾試驗、定數(shù)截尾試驗,。
存儲壽命試驗
在規(guī)定的環(huán)境條件下進行非工作狀態(tài)的存放試驗,,稱為存儲壽命試驗。
存儲環(huán)境是指產(chǎn)品在存儲過程中所能遇到的環(huán)境,,是存儲過程中影響產(chǎn)品的諸多因素的總和,,按性質(zhì)可分為自然存儲環(huán)境與人工存儲環(huán)境;按場所可分為庫房環(huán)境,、棚庫環(huán)境,、露天環(huán)境等。存儲中對產(chǎn)品產(chǎn)生影響的因素主要有溫度,、濕度,、霉菌、氣壓,、腐蝕介質(zhì)等,,其中以溫度和濕度的影響最大。
存儲壽命試驗條件通常為室內(nèi),、棚下,、露天等,因此存儲的環(huán)境試驗方法又稱天然暴露試驗,。對于不可修產(chǎn)品,,存儲壽命是指在規(guī)定的條件下存儲時,從開始存儲到失效的存儲時間,;對于可修產(chǎn)品,,存儲壽命是指從開始存儲到不可修復為止的存儲時間。
存儲壽命試驗一般需要較多的試驗樣品和長期的觀察測量,,才能對產(chǎn)品做出較好的預計和評價,。
任何產(chǎn)品都有其一定的壽命,無論是處于存儲狀態(tài)還是工作狀態(tài),。在整個壽命周期內(nèi),,都要經(jīng)歷從誕生到存儲、運輸,、待命,、工作到失效的過程。在存儲過程中,,影響產(chǎn)品可靠性的因素有很多,除有環(huán)境因素的影響外,,存儲時間,、存儲方式等也都會對其造成影響。在每個過程當中,產(chǎn)品所處的環(huán)境不同,,存儲的時間也不同,。
為保證產(chǎn)品的可靠性,就必須保證產(chǎn)品在任何過程中都能完成規(guī)定的動作而不失效,。絕大部分的產(chǎn)品都是處于工作階段的,,其可靠性與工作環(huán)境、工作時間有密切的聯(lián)系,。但對于一些特殊的產(chǎn)品,,例如電子系統(tǒng)電子器件、航天用電子器件,,其使用時間是遠遠短于存儲時間的,,所以工作可靠性與存儲時間和環(huán)境有很大關(guān)系。對這一類的特殊產(chǎn)品而言,,存儲時間和環(huán)境就成為研究其可靠性的一項重要指標,。隨著科學技術(shù)的高速發(fā)展,產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短,,因而需要在較短時期內(nèi)獲得產(chǎn)品的可靠性指標和壽命等信息,。但通常的存儲壽命試驗方法要耗費大量的試驗時間、人力和物力,,并且由于產(chǎn)品更新?lián)Q代等問題,,長時間存儲壽命試驗后得出的結(jié)果可能已經(jīng)失去了實際意義。因此,,為了縮短試驗時間,,需要進行加速存儲壽命試驗。
加速存儲壽命試驗是一種在不改變產(chǎn)品在實際存儲條件下的失效機理,,在不增加新的失效機理的前提下,,用加大存儲環(huán)境試驗應力的方法加速產(chǎn)品失效,根據(jù)其試驗結(jié)果預計正常存儲環(huán)境應力下產(chǎn)品的存儲壽命,,或在一個相對短的時間內(nèi)獲得失效率數(shù)據(jù)的技術(shù),。
工作壽命試驗
產(chǎn)品在規(guī)定的條件下施加規(guī)定應力的試驗,稱為工作壽命試驗,。
工作壽命試驗提供產(chǎn)品在工作狀態(tài)下的可靠性特征參數(shù)。由于工作壽命試驗比較符合產(chǎn)品的實際使用情況,,所以其試驗結(jié)果是產(chǎn)品可靠性的主要指標之一,。工作壽命試驗分為間歇工作壽命,、穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗,其中穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗又分為靜態(tài)工作壽命、動態(tài)工作壽命試驗兩種,。
間斷工作壽命試驗是對產(chǎn)品間斷地施加應力,,使產(chǎn)品受到“開”和“關(guān)”之間周期變化的電應力,,來加速產(chǎn)品內(nèi)部物理,、化學反應過程,而這種周期變化的電應力又導致產(chǎn)品和外殼溫度的周期變化,,最終得到測定產(chǎn)品的典型失效率或證實產(chǎn)品的質(zhì)量或可靠性,。
穩(wěn)態(tài)工作壽命是驗證承受規(guī)定條件的產(chǎn)品在整個工作時間內(nèi)的質(zhì)量或可靠性。在額定工作條件下持續(xù)施加額定應力而進行壽命試驗,,其試驗時間應足夠長,,以保證其結(jié)果不具有早期失效或“初期失效”的特征,在壽命試驗期間還應進行觀察,,以監(jiān)視失效率是否隨時間有顯著變化,。如果用穩(wěn)態(tài)壽命試驗來評定產(chǎn)品的基本能力或?qū)Ξa(chǎn)品進行鑒定試驗,,以確保產(chǎn)品以后能用于高可靠場合,,就應選擇適當?shù)脑囼灄l件,如電輸入,、負載和偏置以及相應的最高工作溫度或試驗溫度或其他規(guī)定的環(huán)境條件代表產(chǎn)品的最大工作額定值或試驗額定值。靜態(tài)工作壽命試驗指產(chǎn)品進行穩(wěn)態(tài)壽命試驗時無信號輸入,,動態(tài)工作壽命試驗則指產(chǎn)品進行穩(wěn)態(tài)壽命試驗時有信號輸入,。
加速壽命試驗
加速壽命試驗是指采用加大應力的方法促使樣品在短期內(nèi)失效,以預測在正常工作條件或儲存條件下的可靠性,,但不改變受試樣品的失效機理,。
按照試驗時施加應力的方式,加速壽命試驗可分為恒定應力加速壽命試驗,、步進應力加速壽命試驗和序進應力加速壽命試驗,。
恒定應力加速壽命試驗是指樣品在試驗期間所承受的應力保持不變;
步進應力加速壽命試驗是指樣品在試驗期間所承受應力按一定時間間隔階梯式地增加,,直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止,;
序進應力加速壽命試驗是指樣品在試驗期間所受應力按時間等速增加,直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止,。
加速壽命試驗可以大大縮短正常應力壽命試驗所需時間,,節(jié)省了人力和設備,這是它的優(yōu)點,。但是,,加速壽命試驗也有它的局限性,。
1.它是一種破壞性試驗,因而只能抽取小部分樣品進行試驗,。當然,,從統(tǒng)計觀點來看,它是足以代表該產(chǎn)品的可靠性水平的,,但是卻存在一個置信度的問題,。
2.對于那些比較復雜的器件,如集成電路,,實際上起主導作用的失效機理往往是復雜的,,甚至有些是事先無法預知的,如果用單一的加速變量來進行加速,,其結(jié)果是不夠全面的;同時,,在失效機理不太明朗的情況下,,采用加速外推的方法,其結(jié)果必然帶來大的誤差,。也就是說,,對于具有多種失效機理的產(chǎn)品,理想的加速壽命試驗是難以實現(xiàn)的,。
3.加速壽命試驗只考慮了試驗的加速性方面,,而沒有考慮元器件的應用問題。實際上,,用戶把這類器件用在設備上,,預期保存和運用時間很長。因此,,對于元器件制造者和用戶來說,,在正常應力或使用應力下的長期壽命試驗也是必須的和重要的,因為它能真實反映元器件在使用條件下的壽命特性,。
4.加速壽命試驗的基本假設是在高應力條件下的失效機理與在正常應力條件下的失效機理相同,。此外試驗數(shù)據(jù)分析需要選擇或假定應力與壽命之間的函數(shù)關(guān)系。實際上,,高應力可能會引入在正常條件下不會發(fā)生的新的失效模式,,當有幾種不同應力共同作用時,各種失效模式對應應力有不同的敏感性,,以致各失效模式的發(fā)生概率會隨應力的改變而改變,。也就是說,加速壽命試驗的基本假設通常是很難保證的,。,、應力-壽命關(guān)系模型有潛在的多樣性,、復雜性。試驗條件也是千變?nèi)f化的,。由加速壽命試驗所估計的壽命與在現(xiàn)場觀察到的壽命可能差別很大,,有可能差別達到一個數(shù)量級甚至更大。因此,,除非試驗條件與現(xiàn)場使用條件很接近且試驗數(shù)據(jù)的分析和建模恰當,否則從加速壽命試驗數(shù)據(jù)外推所估計的可靠性只能看作是固有可靠性的一種近似,,不應看作為現(xiàn)場可靠性指標,。雖然存在局限性,但并不影響加速壽命試驗的有用性,。