一、高加速試驗(yàn)的基本概述

高加速試驗(yàn)是指在保證不改變產(chǎn)品失效機(jī)理的前提下，通過(guò)強(qiáng)化試驗(yàn)條件，使受試產(chǎn)品加速失效，以便在較短時(shí)間內(nèi)獲得必要信息，來(lái)評(píng)估產(chǎn)品在正常條件下的可靠性或壽命指標(biāo)。通過(guò)加速試驗(yàn)，可迅速查明產(chǎn)品的失效原因，快速評(píng)定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)。

二、高加速試驗(yàn)的目的與特點(diǎn)

進(jìn)行高加速試驗(yàn)的目的可概括如下：

高加速試驗(yàn)是一種在給定的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)獲得比在正常條件下（可能獲得的信息）更多的信息的方法。它是通過(guò)采用比設(shè)備在正常使用中所經(jīng)受的環(huán)境更為嚴(yán)酷的試驗(yàn)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。由于使用更高的應(yīng)力，在進(jìn)行加速試驗(yàn)時(shí)必須注意不能引入在正常使用中不會(huì)發(fā)生的故障模式。在加速試驗(yàn)中要單獨(dú)或者綜合使用加速因子，主要包括：

更高頻率的功率循環(huán)；更高的振動(dòng)水平；高濕度；更嚴(yán)酷的溫度循環(huán)；更高的溫度。

三、高加速試驗(yàn)分類

高加速試驗(yàn)主要分為兩類，每一類都有明確的目的：

（1）加速壽命試驗(yàn)--估計(jì)壽命；

（2）加速應(yīng)力試驗(yàn)--確定（或證實(shí)）和糾正薄弱環(huán)節(jié)。

這兩類加速試驗(yàn)之間的區(qū)別盡管細(xì)微，但卻很重要，它們的區(qū)別主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：作為試驗(yàn)的基礎(chǔ)的基本假設(shè)、構(gòu)建試驗(yàn)時(shí)所用的模型、所用的試驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)所、試驗(yàn)的實(shí)施方法、分析和解釋試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。

表1 對(duì)這兩類主要的加速試驗(yàn)進(jìn)行了比較。

四、高加速試驗(yàn)的產(chǎn)品層次

要明確進(jìn)行加速試驗(yàn)的產(chǎn)品層次（級(jí)別）是設(shè)備級(jí)還是零部件級(jí)，這一點(diǎn)很重要。某些加速方法只適用于零件級(jí)的試驗(yàn)，而有的方法只能用于較高級(jí)別的總成（設(shè)備），只有少數(shù)方法同時(shí)適用于零件級(jí)和總成（設(shè)備）級(jí)。對(duì)零件級(jí)非常合適的基本假設(shè)和建模方法在對(duì)較高級(jí)別的設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)可能完全不成立，反之亦然。

表2 列出了在兩個(gè)主要的級(jí)別（設(shè)備級(jí)和零部件級(jí)）上進(jìn)行試驗(yàn)的信息。

五、先進(jìn)的高加速試驗(yàn)

過(guò)去，大多數(shù)加速試驗(yàn)都是使用單一應(yīng)力和在定應(yīng)力譜進(jìn)行的。包括周期固定的周期性應(yīng)力（如溫度在規(guī)定的上下限之間循環(huán)，溫度的上限和下限以及溫度的變化率是恒定的）。但是，在加速試驗(yàn)中，應(yīng)力譜不必是恒定的，也可以使用多種應(yīng)力的組合。常見(jiàn)的非恒定應(yīng)力譜和組合應(yīng)力包括：

步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)；漸進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)； 高加速壽命試驗(yàn)（HALT）（設(shè)備級(jí)）；高加速應(yīng)力篩選（HASS）（設(shè)備級(jí)）；高加速溫度和濕度應(yīng)力試驗(yàn)（HAST）（零件級(jí)）。

高加速試驗(yàn)系統(tǒng)性地使用大大超過(guò)產(chǎn)品使用中預(yù)期水平的環(huán)境激勵(lì)，因此需要詳細(xì)理解試驗(yàn)結(jié)果。高加速試驗(yàn)用于確認(rèn)相關(guān)故障，并用來(lái)確保產(chǎn)品對(duì)高于所要求的強(qiáng)度有足夠的裕度以便能經(jīng)受正常的使用環(huán)境。高加速試驗(yàn)的目的是大大減少暴露缺陷所需要的時(shí)間。該方法可用于研制試驗(yàn)，也可用于篩選。

HALT（高加速壽命試驗(yàn)）是一個(gè)研制工具，而HASS（高加速應(yīng)力篩選）是一個(gè)篩選工具。它們常常互相聯(lián)合使用。這是兩種相對(duì)較新的方法，與傳統(tǒng)的加速試驗(yàn)方法不同。HAL與THASS的具體目標(biāo)是改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，將制造偏差和環(huán)境效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品性能和可靠性的影響減至最小。通常定量的壽命或可靠性預(yù)計(jì)與高加速試驗(yàn)沒(méi)有聯(lián)系。

步進(jìn)應(yīng)力譜試驗(yàn)。使用步進(jìn)應(yīng)力譜，試驗(yàn)樣本首先按事先規(guī)定的時(shí)間以某個(gè)給定的應(yīng)力水平試驗(yàn)一段，然后在高一點(diǎn)的應(yīng)力水平下再試驗(yàn)一段時(shí)間。不斷增加應(yīng)力水平繼續(xù)上面的過(guò)程，直到某個(gè)試驗(yàn)樣本失效，或者試驗(yàn)進(jìn)行到最大應(yīng)力水平時(shí)終止。這種方法能更快速地使產(chǎn)品失效以便分析。但是，用這種方法很難正確建立加速模型，因此很難定量地預(yù)計(jì)產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命。

每一步中應(yīng)該增加的應(yīng)力量值與許多變量有關(guān)。但是，允許在設(shè)計(jì)中進(jìn)行這樣的試驗(yàn)的一個(gè)普遍的法則是：假設(shè)產(chǎn)品沒(méi)有缺陷，如果最終能以適當(dāng)?shù)脑Ａ砍鲱A(yù)期的使用環(huán)境中的應(yīng)力，就能保證總體中的每一個(gè)體都能經(jīng)受住使用環(huán)境和篩選環(huán)境。（從而提高產(chǎn)品的壽命或可靠性）漸進(jìn)應(yīng)力譜試驗(yàn)。漸進(jìn)應(yīng)力譜或者"梯度試驗(yàn)"是另一種常見(jiàn)的方法，試驗(yàn)中應(yīng)力水平隨時(shí)間持續(xù)增加。其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)與步進(jìn)試驗(yàn)相同，但有另外一個(gè)困難，就是很難精確地控制應(yīng)力增加的速率。

HALT（高加速壽命試驗(yàn)）。HALT一詞是Gregg K. Hobbs 于1988年提出的。HALT有時(shí)指應(yīng)力增益壽命試驗(yàn)（STRIFE），是一種研制試驗(yàn)，是步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的一種強(qiáng)化形式。它一般用來(lái)確認(rèn)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)和制造過(guò)程中存在的問(wèn)題，以及用來(lái)增加設(shè)計(jì)強(qiáng)度的富裕量，而不用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品壽命或可靠性的定量預(yù)計(jì)。

HASS（高加速應(yīng)力篩選）試驗(yàn)。HASS是加速環(huán)境應(yīng)力篩選的一種形式。它代表了產(chǎn)品所經(jīng)歷的最嚴(yán)酷的環(huán)境，但通常持續(xù)很有限的一段時(shí)間。HASS是為達(dá)到"技術(shù)的根本極限"而設(shè)計(jì)的。此時(shí)應(yīng)力的微小增加就會(huì)導(dǎo)致失效數(shù)的大量增加。這種根本極限的一個(gè)例子是塑料的軟化點(diǎn)。

HAST（高加速溫度和濕度應(yīng)力試驗(yàn)）。隨著近來(lái)電子技術(shù)的高速發(fā)展，幾年前剛剛出現(xiàn)的的加速試驗(yàn)可能不再適應(yīng)當(dāng)今的技術(shù)了，尤其是那些專門針對(duì)微電子產(chǎn)品的加速試驗(yàn)。例如，由于塑料集成電路包的發(fā)展，現(xiàn)在用傳統(tǒng)的、普遍被接受的85℃/85%RH的溫度/濕度試驗(yàn)需要花上千小時(shí)才能檢測(cè)出新式集成電路的失效。在大多數(shù)情況下，試驗(yàn)樣本在整個(gè)試驗(yàn)中不發(fā)生任何失效。不發(fā)生失效的試驗(yàn)是說(shuō)明不了什么問(wèn)題的。而產(chǎn)品在使用中必定會(huì)偶爾失效。因此，需要進(jìn)一步改進(jìn)加速試驗(yàn)。HSAT就是為代替老的溫度/濕度試驗(yàn)而開(kāi)發(fā)的方法。

六. 高加速壽命試驗(yàn)常用模型

加速模型按其提出時(shí)基于的方法可以分為3類：物理加速模型、經(jīng)驗(yàn)加速模型和統(tǒng)計(jì)加速模型。

物理加速模型是基于對(duì)產(chǎn)品失效過(guò)程的物理化學(xué)解釋而提出的。一種典型的物理加速模型是阿倫尼斯（Arrhenius）模型，該模型描述了產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力之間的關(guān)系。另一種典型的物理加速模型是艾林（Eyring）模型，它是基于量子力學(xué)理論提出的。該模型也描述了產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力之間的關(guān)系。Glasstene等擴(kuò)展了艾林模型，給出了描述產(chǎn)品壽命和溫度應(yīng)力、電壓應(yīng)力的關(guān)系。

經(jīng)驗(yàn)加速模型是基于工程師對(duì)產(chǎn)品性能長(zhǎng)期觀察的總結(jié)而提出的，典型的經(jīng)驗(yàn)加速模型如逆冪律模型、Coffin-Manson模型等。逆冪律模型描述了諸如電壓或壓力應(yīng)力與產(chǎn)品壽命之間的關(guān)系。Coffin-Manson模型給出了溫度循環(huán)應(yīng)力與產(chǎn)品壽命之間的關(guān)系。

統(tǒng)計(jì)加速模型是基于統(tǒng)計(jì)分析方法給出的，常用于分析難以用物理化學(xué)方法解釋的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)加速模型又可以分為參數(shù)模型和非參數(shù)模型。參數(shù)模型中參數(shù)的個(gè)數(shù)及其特性都是確定的，而非參數(shù)模型中參數(shù)的個(gè)數(shù)及其特性是靈活的，并不需要預(yù)先確定。參數(shù)模型需要預(yù)先確定產(chǎn)品的壽命分布形式，而非參數(shù)模型是一種無(wú)分布假設(shè)的模型，更加受到研究人員的青睞。