利用加速寿命试验(ALT)预测电子零件失效

什么是加速寿命试验?

为了比现场更快地增加应力和引起损坏，ALT模拟了产品在现实世界中可能遇到的环境，例如:

• 冲击和振动
• 热的变化
• 湿度
• 功率自行车

要了解如何促进和实施这些测试协议，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?

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

AF:加速系数
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

工程师只利用定性ALT来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
• 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设计缺陷，需要对其进行改进，以提高产品的质量和可靠性。如果设备存活，则通过定性测试。此外，定性测试为定量加速测试中使用的应力类型和水平提供输入。

除了用于现场寿命预测的ALT之外，还可以在印刷电路板组件(PCBA)上执行特定的板级可靠性测试(BLRT)，以评估一旦器件焊接到其印刷电路板(PCB)上的半导体封装的稳健性。根据具体的测试，这些可以是定性的或定量的，并有助于确保从设计和制造过程中可靠的组装。

要了解更多关于BLRT的重要性，请参阅《成功进行板级可靠性测试的6个步骤》白皮书。

加速度的类型

测试中的加速可以采取以下形式:

• 使用率加速
• 更高的应力加速度

使用速率加速增加了施加在被测设备(DUT)上的压力速率，同时保持该压力与现场所承受的压力相当。如果测试中增加的频率在合理范围内，则不会对被测件施加更高的应力源。

例如，工程师可以通过每10秒打开和关闭微波炉门来测试它，直到他们在现场达到确定的循环次数。即使在商业环境中，这一速度也比预期的要快得多，然而，用于驱动门的力仍然与现场相同。与测试中实现的高频率循环相比，在现场相对较低的占空比允许人们在几个小时或几天内完成测试，而不是几年。如果DUT在现场具有更高的占空比(接近连续工作)，则测试中可实现的加速度量将受到限制。

高应力加速度增加了设备上的应力水平，超出了它在现场会遇到的水平。这里使用术语“高应力”，因为术语“过度应力”可能有超出设备设计极限的含义——这是不可取的。当使用较高的应力加速度时，不建议对设备施加压力，使其达到测试所诱发的失效机制，否则设备在现场不会经历这种失效机制。

例如，只要测试温度保持在灯开关的设计限制范围内，在超过最坏情况极端温度的测试中(例如靠近亚利桑那州菲尼克斯的条件)，在高温和低温下操作室外灯开关是合适的。因此，必须根据设备的规格和材料特性来考虑设计极限，以限制测试中的应力水平。

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

寿命预测设置

• 置信水平因子(例如，80%置信水平)
• 加速度系数确定
• 假设可靠性分布
• 试验样本量

AF取决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。该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

一种常用的自适应可靠性分布是双参数威布尔及其相关的β值(β)。该值可以基于故障历史(从时间或周期到故障图计算)或沿着典型浴盆曲线的预期故障。通常，对于磨损型失效机制，β将大于1:

• 早期失效期β<1
• 恒定故障率(随机故障)β=1
• 磨损失效β>1

有了这些参数，一个标准的可靠性软件工具可以用来确定:

• 达到预期测试持续时间所需的测试样本数(n)，或
• 在规定的可靠性、置信水平和测试样品数量下达到现场目标寿命所需的测试时间
  

寿命预测分析

一旦ALT的测试计划被确定并执行，结果就可以被分析。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。如果有故障，最好有几个故障，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。