使用加速寿命测试(ALT)预测电子部件故障

什么是加速寿命测试?

为了比现场更快地增加压力和诱导损伤，ALT模拟了产品在现实世界中可能遇到的环境，例如:

• 冲击与振动
• 热的变化
• 湿度
• 功率自行车

要了解如何促进和实现这些测试协议，请观看网络研讨会:测试计划开发-加速因素和寿命预测．

什么是加速因子?

加速度因子(AF)是特定失效机制的现场时间与测试时间的比值，是设计有效ALT以确定寿命预测的关键组成部分。

AF:加速因子
Tfield: Time-in-field
Tt: Time-in-test

加速寿命试验的类型

ALT有两种类型:

• 定性
• 定量

工程师利用定性ALT仅揭示故障模式和机制。例如，定性测试包括:

• 高加速寿命试验(HALT)
• 高加速应力筛管(HASS)
• 酷刑的测试
• 摇晃和烘烤测试

这些测试用于发现常见的故障模式或需要改进的设计缺陷，以提高产品的质量和可靠性。如果设备存活下来，它就通过了定性测试。此外，定性测试为定量加速测试中使用的压力类型和水平提供了输入。

除了用于现场寿命预测的ALT外，还可以对印刷电路板组件(PCBA)进行特定的板级可靠性测试(BLRT)，以评估一旦设备焊接到印刷电路板(PCB)上，半导体封装的稳健性。根据具体的测试，这些测试可以定性或定量，并有助于从设计和制造过程中确保可靠的装配。

了解更多关于BLRT的重要性，请参见成功的单板级可靠性测试白皮书的6步。

加速度的类型

测试中的加速可以采用以下形式:

• 使用率加速
• 更高的应力加速度

使用率加速增加了施加在被测设备(DUT)上的应力，同时保持该应力与在现场所经历的等效。如果在试验中增加的频率在合理范围内，则不会对DUT施加更高的压力源。

例如，工程师可以通过每10秒打开和关闭微波炉门来测试微波炉门，直到达到现场预期的确定循环次数。这比在商业环境中预期的速度要快得多，然而，在驱动门时所施加的力仍然与在现场相同。与测试中实现的高频率循环相比，现场相对较低的占空比允许在几个小时或几天内完成测试，而不是几年。如果DUT在现场有一个更高的占空比(接近连续负载)，那么在测试中可以获得的加速度将是有限的。

高应力加速度增加了设备上的应力水平，超出了它在现场遇到的应力水平。此处使用“高应力”一词，因为“过度应力”一词可能意味着超出设备的设计极限，这是不可取的。当使用较高的应力加速度时，不建议将设备的应力施加到测试导致设备在现场不会经历的失效机制的程度。

例如，只要测试温度保持在照明开关的设计限制内，在超过最坏情况下极端温度的测试中(例如亚利桑那州凤凰城附近的条件)，在高低温和低温下操作室外照明开关是合适的。因此，必须根据器件的规格和材料特性考虑设计极限，以限制试验中的应力水平。

测试中的压力水平应保持在设计范围内
以及材料性能的上下限

寿命预测装置

• 置信水平因子(如80%置信水平)
• 加速度因子确定
• 假设可靠性分布
• 测试样本量

AF依赖于感兴趣的失效机制(例如，热机械应力，热老化等)，这也驱动了所使用的加速度模型的类型。模型应与其相应的参数相关联，如活化能、应力水平等。

浴缸曲线

自适应的和常用的可靠性分布是双参数威布尔及其相关beta值(β)．该值可以基于故障历史(从时间或周期到故障图计算)或典型浴盆曲线上的预期故障。对于磨损型失效机制，β通常大于1:

• β<1为早期失效期
• 常数故障率(随机故障)β=1
• β>1为磨损失效

有了这些参数，可以使用标准可靠性软件工具来确定:

• 达到所需测试持续时间所需的测试样本数量(n)，或
• 在规定的可靠性、置信度和试验样本数下，达到现场目标寿命所需的试验持续时间
  

寿命预测分析

一旦确定并执行了ALT的测试计划，就可以分析结果。如果没有故障，则确定了设备所需的可靠性和置信度指标以及感兴趣的故障机制。如果出现故障，理想的情况是有几个这样的故障，以便更好地统计分析结果并推断预期寿命。要了解更多关于加速因子(AF)和加速寿命测试ALT的信息，请观看网络研讨会:测试计划开发-加速因素和寿命预测．