電工電子產(chǎn)品加速壽命試驗

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1、.電工電子產(chǎn)品加速壽命試驗之一1概述壽命試驗是基本的可靠性試驗方法，在正常工作條件下，常常采用壽命試驗方法去評估產(chǎn)品的各種可靠性特征。但是這種方法對壽命特別長的產(chǎn)品來說，不是一種合適的方法。因為它需要花費很長的試驗時間，甚至來不及作完壽命試驗，新的產(chǎn)品又設(shè)計出來，老產(chǎn)品就要被淘汰了。因此，在壽命試驗的基礎(chǔ)上形成的加大應(yīng)力、縮短時間的加速壽命試驗方法逐漸取代了常規(guī)的壽命試驗方法。加速壽命試驗是用加大試驗應(yīng)力(諸如熱應(yīng)力、電應(yīng)力、機械應(yīng)力等)的方法，激發(fā)產(chǎn)品在短時間內(nèi)產(chǎn)生跟正常應(yīng)力水平下相同的失效，縮短試驗周期。然后

2、運用加速壽命模型，評估產(chǎn)品在正常工作應(yīng)力下的可靠性特征。加速環(huán)境試驗是近年來快速發(fā)展的一項可靠性試驗技術(shù)。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)可靠性試驗的技術(shù)思路，將激發(fā)的試驗機制引入到可靠性試驗，可以大大縮短試驗時間，提高試驗效率，降低試驗耗損。2常見的物理模型元器件的壽命與應(yīng)力之間的關(guān)系，通常是以一定的物理模型為依據(jù)的，下面簡單介紹一下常用的幾個物理模型。2.1失效率模型失效率模型是將失效率曲線劃分為早期失效、隨機失效和磨損失效三個階段，并將每個階段的產(chǎn)品失效機理與其失效率相聯(lián)系起來，形成浴盆曲線。該模型的主要應(yīng)用表現(xiàn)為通過環(huán)境

3、應(yīng)力篩選試驗，剔除早期失效的產(chǎn)品，提高出廠產(chǎn)品的可靠性。2.1失效率模型圖示：...O1典型的失效率曲線規(guī)定的失效率隨機失效早期失效磨損失效t?2.2應(yīng)力與強度模型該模型研究實際環(huán)境應(yīng)力與產(chǎn)品所能承受的強度的關(guān)系。應(yīng)力與強度均為隨機變量，因此，產(chǎn)品的失效與否將決定于應(yīng)力分布和強度分布。隨著時間的推移，產(chǎn)品的強度分布將逐漸發(fā)生變化，如果應(yīng)力分布與強度分布一旦發(fā)生了干預(yù)，產(chǎn)品就會出現(xiàn)失效。因此，研究應(yīng)力與強度模型對了解產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力是很重要的。...2.3最弱鏈條模型最弱鏈條模型是基于元器件的失效是發(fā)生在構(gòu)成元器

4、件的諸因素中最薄弱的部位這一事實而提出來的。該模型對于研究電子產(chǎn)品在高溫下發(fā)生的失效最為有效，因為這類失效正是由于元器件內(nèi)部潛在的微觀缺陷和污染，在經(jīng)過制造和使用后而逐漸顯露出來的。暴露最顯著、最迅速的地方，就是最薄弱的地方，也是最先失效的地方。2.4反應(yīng)速度模型該模型認(rèn)為元器件的失效是由于微觀的分子與原子結(jié)構(gòu)發(fā)生了物理或化學(xué)的變化而引起的，從而導(dǎo)致在產(chǎn)品特性參數(shù)上的退化，當(dāng)這種退化超過了某一界限，就發(fā)生失效，主要模型有Arrhenius模型和Eyring模型等。3加速因子的計算加速環(huán)境試驗是一種激發(fā)試驗，它通過

5、強化的應(yīng)力環(huán)境來進行可靠性試驗。加速環(huán)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(shè)備在正常工作應(yīng)力下的壽命與在加速環(huán)境下的壽命之比，通俗來講就是指一小時試驗相當(dāng)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(guān)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(yīng)力的加速因子的計算方法。3.1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(yīng)力下的壽命，Lstress為高溫下的壽命，Tnormal為室溫絕對溫度

6、，Tstress為高溫下的絕對溫度，Ea為失效反應(yīng)的活化能（eV），k為Boltzmann常數(shù)，8.62×10－5eV/K，實踐表明絕大多數(shù)電子元器件的失效符合Arrhenius模型，表1給出了半導(dǎo)體元器件常見的失效反應(yīng)的活化能。表1半導(dǎo)體元器件常見失效類型的活化能設(shè)備名稱失效類型失效機理活化能（eV）IC斷開Au-Al金屬間產(chǎn)生化合物1.0IC斷開Al的電遷移0.6IC（塑料）斷開Al腐蝕0.56MOSIC（存貯器）短路氧化膜破壞0.3～0.35二極管短路PN結(jié)破壞（Au-Si固相反應(yīng)）1.5晶體管短路Au的電

7、遷移0.6MOS器件閾值電壓漂移發(fā)光玻璃極化1.0MOS器件閾值電壓漂移Na離子漂移至Si氧化膜1.2～1.4MOS器件閾值電壓漂移Si-Si氧化膜的緩慢牽引1.0...3.2、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(shù)。3.3、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(shù)，不同的失效類型對應(yīng)不同的值，一

8、般介于2～3之間。3.4、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(yīng)力下的溫度變化，n為溫度變化的加速率常數(shù)，不同的失效類型對應(yīng)不同的值，一般介于4～8之間。3.5、計算實例...例題：某種電子產(chǎn)品在室溫下使用，計劃在75℃、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