五、加速因子的計算

　　加速環境試驗是一種激發試驗，它通過強化的應力環境來進行可靠性試驗。加速環境試驗的加速水平通常用加速因子來表示。加速因子的含義是指設備在正常工作應力下的壽命與在加速環境下的壽命之比，通俗來講就是指一小時試驗相當于正常使用的時間。因此，加速因子的計算成為加速壽命試驗的核心問題，也成為客戶最為關心的問題。加速因子的計算也是基于一定的物理模型的，因此下面分別說明常用應力的加速因子的計算方法。

　　1、溫度加速因子

　　溫度的加速因子由Arrhenius 模型計算：

　　其中，Lnormal為正常應力下的壽命，Lstress為高溫下的壽命，Tnormal為室溫絕對溫度，Tstress為高溫下的絕對溫度，Ea為失效反應的活化能（eV），k為Boltzmann常數，8.62×10－5eV/K，實踐表明絕大多數電子元器件的失效符合Arrhenius 模型，表1給出了半導體元器件常見的失效反應的活化能。

　　表1 半導體元器件常見失效類型的活化能
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　　2、電壓加速因子

　　電壓的加速因子由Eyring模型計算：

　　其中，Vstress為加速試驗電壓，Vnormal為正常工作電壓，β為電壓的加速率常數。

　　3、濕度加速因子

　　濕度的加速因子由Hallberg和Peck模型計算：

　　其中，RHstress為加速試驗相對濕度，RHnormal為正常工作相對濕度，n為濕度的加速率常數，不同的失效類型對應不同的值，一般介于2～3之間。

　　4、溫度變化加速因子

　　溫度變化的加速因子由Coffin－Mason公式計算：

　　其中，為加速試驗下的溫度變化，為正常應力下的溫度變化，為溫度變化的加速率常數，不同的失效類型對應不同的值，一般介于4～8之間。

　　5、計算實例

　　例題：某種電子產品在室溫下使用，計劃在75*C、85%RH下做加速壽命測試，計算該加速試驗的加速因子。

　　解析：

　　本試驗涉及溫度和濕度兩種應力，因此，分別計算各應力的加速因子，然后相乘得到整個加速試驗的加速因子。

　　其中，Ea為激活能（eV）， k為玻爾茲曼常數且k=8.6X10*eV/K， T為絕對溫度、RH為相對濕度（單位%），一般情況下n取為2。

　　根據產品的特性， 取Ea為0.6eV，室溫取為25C、75%RH，把上述數據帶入計算，求AF=37， 即在75C、85%RH下做1小時試驗相當于室溫下壽命約37小時。

　　還需要說明的一點是，加速因子的計算公式都是建立在特定的模型基礎。上的，而模型的建立往往會包含一些假設，并且會忽略或簡化次要的影響因素，因此計算的結果也僅僅具有指導和參考意義，不能死板地認為只要試驗足夠時間就一定能確保產品的壽命。

　　六、加速壽命試驗方法

　　1、常用加速壽命試驗方法

　　目前常用的加速壽命試驗方法分為以下三種：

　　（1）恒定應力加速壽命試驗：該試驗方法是將試樣分為幾組，每組在固定的應力水平下進行壽命試驗，各應力水平都高于正常工作條件下的應力水平， 試驗做到各組樣品均有一定數量的產品發生失效為止。

　?。?）步進應力加速壽命試驗：該試驗方法是預先確定一組應力水平，各應力水平之間有一定的差距，從低水平開始試驗，一段時間后，增加至高-一級應力水平，如此逐級遞增，直到試樣出現一定的失效數量或者到了應力水平的極限停止試驗。

　?。?）序進應力加速壽命試驗：該試驗方法是將試樣從低應力開始試驗，應力水平水試驗時間等速升高，直到一定數量的失效發生或者到了應力水平的極限為止。

　　上述三種加速壽命試驗方法，以恒定應力加速壽命試驗最為成熟。盡管這種試驗所需時間不是最短，但比一般的壽命試驗的試驗時間還是縮短了不少。因此它還是經常被采用的試驗方法。后面兩種試驗方法對設備都有比較高的要求， 試驗成本比較高，因此目前開展的比較少。

　　2、高加速壽命試驗

　　高加速壽命試驗（HALT） 是目前比較先進成熟的壽 命試驗方法，屬于步進應力加速壽命試驗，具體含義是指在產品設計和制造工藝設計過程中，在加速測試環境下對產品施加所有可能達到的應力以期找到設計和制造工藝中的薄弱環節，并針對每一個薄弱環節提供改進設計和制造工藝的機會，從而達到縮短設計周期、提高可靠性和降低成本的目的。

　　HALT測試施加的應力并不是完全模擬產品使用過程中出現的應力，而是對少量樣品施加較大應力在短時間內發現產品設計和制造中存在的問題， 施加的應力逐步提高并超過使用環境的應力范圍，解訣測試中所發現的問題，直到產品強度達到技術要求。

　　HALT主要測試過程為：逐步施加應力直到產品失效或出現故障;采取修正措施，修正產品的失效或故障;繼續逐步施加應力直到產品再次失效或出現故障，并再次加以修正，重復以上應力-失效-修正的步驟;找出產品的基本操作界限和基本破壞界限?？墒┘拥膽Πㄕ駝?、高低溫、溫度循環、電力開關循環、電壓邊際及頻率邊際測試等。

　　典型的HALT試程包括以下幾個過程：1） 低溫步進應力試驗;2） 高溫步進應力試驗;3） 快速熱循環試驗;4） 振動步進應力試驗;5）綜合應力試驗

　　概括來講，HALT是一種發現缺陷的工序，它通過設置逐級遞增的環境應力，來加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱點，然后對暴露的缺陷和故障從設計、工藝和用料等諸方面進行分析和改進，從而達到提升產品可靠性的目的，其最大的特點是設置高于樣品設計運行限的環境應力，從而使暴露故障的時間大大短于正?？煽啃詰l件下的所需時間。