五、加速因子的計(jì)算

　　加速環(huán)境試驗(yàn)是一種激發(fā)試驗(yàn)，它通過強(qiáng)化的應(yīng)力環(huán)境來進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。加速環(huán)境試驗(yàn)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(yàn)相當(dāng)于正常使用的時間。因此，加速因子的計(jì)算成為加速壽命試驗(yàn)的核心問題，也成為客戶最為關(guān)心的問題。加速因子的計(jì)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(jì)算方法。

　　1、溫度加速因子

　　溫度的加速因子由Arrhenius 模型計(jì)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，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(shí)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
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　　2、電壓加速因子

　　電壓的加速因子由Eyring模型計(jì)算：

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

　　3、濕度加速因子

　　濕度的加速因子由Hallberg和Peck模型計(jì)算：

　　其中，RHstress為加速試驗(yàn)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(jì)算：

　　其中，為加速試驗(yàn)下的溫度變化，為正常應(yīng)力下的溫度變化，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。

　　5、計(jì)算實(shí)例

　　例題：某種電子產(chǎn)品在室溫下使用，計(jì)劃在75*C、85%RH下做加速壽命測試，計(jì)算該加速試驗(yàn)的加速因子。

　　解析：

　　本試驗(yàn)涉及溫度和濕度兩種應(yīng)力，因此，分別計(jì)算各應(yīng)力的加速因子，然后相乘得到整個加速試驗(yàn)的加速因子。

　　其中，Ea為激活能（eV）， k為玻爾茲曼常數(shù)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(jù)產(chǎn)品的特性， 取Ea為0.6eV，室溫取為25C、75%RH，把上述數(shù)據(jù)帶入計(jì)算，求AF=37， 即在75C、85%RH下做1小時試驗(yàn)相當(dāng)于室溫下壽命約37小時。

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

　　六、加速壽命試驗(yàn)方法

　　1、常用加速壽命試驗(yàn)方法

　　目前常用的加速壽命試驗(yàn)方法分為以下三種：

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

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

　　（3）序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)：該試驗(yàn)方法是將試樣從低應(yīng)力開始試驗(yàn)，應(yīng)力水平水試驗(yàn)時間等速升高，直到一定數(shù)量的失效發(fā)生或者到了應(yīng)力水平的極限為止。

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

　　2、高加速壽命試驗(yàn)

　　高加速壽命試驗(yàn)（HALT） 是目前比較先進(jìn)成熟的壽 命試驗(yàn)方法，屬于步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)，具體含義是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝設(shè)計(jì)過程中，在加速測試環(huán)境下對產(chǎn)品施加所有可能達(dá)到的應(yīng)力以期找到設(shè)計(jì)和制造工藝中的薄弱環(huán)節(jié)，并針對每一個薄弱環(huán)節(jié)提供改進(jìn)設(shè)計(jì)和制造工藝的機(jī)會，從而達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期、提高可靠性和降低成本的目的。

　　HALT測試施加的應(yīng)力并不是完全模擬產(chǎn)品使用過程中出現(xiàn)的應(yīng)力，而是對少量樣品施加較大應(yīng)力在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中存在的問題， 施加的應(yīng)力逐步提高并超過使用環(huán)境的應(yīng)力范圍，解訣測試中所發(fā)現(xiàn)的問題，直到產(chǎn)品強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)要求。

　　HALT主要測試過程為：逐步施加應(yīng)力直到產(chǎn)品失效或出現(xiàn)故障;采取修正措施，修正產(chǎn)品的失效或故障;繼續(xù)逐步施加應(yīng)力直到產(chǎn)品再次失效或出現(xiàn)故障，并再次加以修正，重復(fù)以上應(yīng)力-失效-修正的步驟;找出產(chǎn)品的基本操作界限和基本破壞界限。可施加的應(yīng)力包括振動、高低溫、溫度循環(huán)、電力開關(guān)循環(huán)、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(jìn)應(yīng)力試驗(yàn);2） 高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn);3） 快速熱循環(huán)試驗(yàn);4） 振動步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn);5）綜合應(yīng)力試驗(yàn)

　　概括來講，HALT是一種發(fā)現(xiàn)缺陷的工序，它通過設(shè)置逐級遞增的環(huán)境應(yīng)力，來加速暴露試驗(yàn)樣品的缺陷和薄弱點(diǎn)，然后對暴露的缺陷和故障從設(shè)計(jì)、工藝和用料等諸方面進(jìn)行分析和改進(jìn)，從而達(dá)到提升產(chǎn)品可靠性的目的，其最大的特點(diǎn)是設(shè)置高于樣品設(shè)計(jì)運(yùn)行限的環(huán)境應(yīng)力，從而使暴露故障的時間大大短于正常可靠性應(yīng)力條件下的所需時間。