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加速寿命试验介绍

2019-08-27 11:00阅读:
寿命,又称为平均故障间隔时间,或平均无故障工作时间,是定量表征电子产品可靠性的一个重要的物理量。
表示不同电子产品的寿命可以用两个不同的参数:
MTBF──Mean Time Between Failure
对于可修复产品,相邻两次故障之间的平均工作时间
MTTF── Mean Time To Failure
对于不可修复产品,平均故障前时间(平均无故障时间)
寿命与失效率之间互为倒数关系。

浴盆曲线:
大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆。
可分为三个阶段:
  1. 早期故障阶段
  2. 偶然故障阶段
  3. 耗损故障阶段

确定产品寿命的方法
现场收集:
投入一批样本,在规定时间内跟踪、收集样品在各时间段失效的数量,工作时间,然后进行累加,求出产品的寿命,以确定是否达到预期命。
优点:数据有代表性,较为准确,尽可能接近真值。
缺点:花费时间长、成本高,样品跟踪和数据收集困难较大,结果滞后。
试验方法:
投入一定数量样本,确定一系列试验条件模拟实际使用状况,通过跟踪、收集样品在试验周期内的失效数据,求出产品的寿命,以确定是否达到预期寿命。
优点:花费时间短、成本低、数据收集方便。
缺点:无法完全模拟实际使用状况;

下面主要介绍三种加速试验模型,分别为高温耐久,温度循环和恒定温湿,可以根据产品的具体使用环境选用具体的加速模型进行测试。


高温寿命耐久测试的Arrhenius模型

加速寿命试验的基本思想是利用高应力下的寿命特征去外推正常应力水平下的寿命特征。实现这个基本思想的关键在于寿命特征与应力的关系,这就是加速模型
加速寿命试验是为缩短试验时间,在不改变故障模式和故障机理的条件下,用加大应力的方法进行试验。


以大众汽车的零部件举例:
下表是某ECU在各个温度点(TField)下的分布

先根据公式1,取TTest = Tmax = 105 °C.计算出5个温度点对应的加速因子

这款ECU的规定的使用寿命为8000小时,通过计算得出



温度循环测试的Coffin-Manson模型

Coffin-Manson模型反映产品在热循环应力作用下导致的疲劳失效,也用于模拟焊点受到温度冲击后裂纹及锡须的扩展过程。因此可用与,描述产品热疲劳失效和温度循环应力的关系
Coffin-Manson模型考虑了温度范围,循环频率(与温变速率有关),最高温度等多种因素,可充分描述温度循环加速度的寿命与环境剖面的关系。


以大众汽车的零部件举例:
拟定该ECU的使用寿命为15年,且一天会有两次温度循环:
NTempCyclesField = 2 * 365 * 15 (years) = 10 950 cycles
取测试的温度高温Tmax = 105 °C,低温Tmin = -40 °C
则:ΔTTest = 105 °C - (-40 °C)= 145 °C
ECU使用过程中,平均温差设定ΔTField = 40 °C,
根据公式3,计算出ACM = 25,02
根据工具4,计算出
选择温变速度4/min,温度保持时间20min,并假定温度稳定时间15min,如下计算出一个循环时间

438的循环共计1040小时。


恒定温湿测试的Lawson模型
在实际电子产品的可靠性问题中,影响非密封器件,即塑封器件可靠性的一个重要因素环境湿度,环境
中的水分可以透过塑封材料,造成芯片的腐蚀和失效。但是,由前面模型的建立可以看出:Arrhenius
模型无法给出环境湿度影响器件工作寿命的具体表达形式,这对于这一模型在处理实际的产品可靠性问
题时带来很大的局限性。
从20世纪70年代塑封电子器件的使用,人们开始在Arrhenius模型的基础上,通过引入湿度的影响
来构建新的寿命模型,Lawson模型是在1974年和1984年的研究论文中提出,由于其模型中的相对湿
度平方项,所以又被为“RH2 模型”

以大众汽车的零部件举例:
拟定汽车寿命中非做动(停车)时间为131400小时;
且根据经验值,车内陈客舱平均温度TFieldParked为23,平均湿度RHFieldParked为60%RH
我们选用TTest = 65 °C and RHPrüf = 93%.进行加速测试,根据公式5计算得出AT/RH = 82.5
使用公式6,计算出 ,即加速测试时间1593小时

如需更多资料及测试,请发信到以下地址:Cind.huang@sgs.com或致电:0592-5730788

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