為評(píng)價(jià)產(chǎn)品壽命特征的試驗(yàn),叫作壽命試驗(yàn)。壽命試驗(yàn)是研究產(chǎn)品壽命特征的方法,這種方法可在實(shí)驗(yàn)室模擬各種使用條件來進(jìn)行。壽命試驗(yàn)也是可靠性試驗(yàn)中最重要最基本的項(xiàng)目之一,它是將產(chǎn)品放在特定的試驗(yàn)條件下考察其失效(損壞)隨時(shí)間變化的規(guī)律。通過壽命試驗(yàn),借助壽命-應(yīng)力關(guān)系模型,可以了解產(chǎn)品的壽命特征、失效規(guī)律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的各種失效模式。結(jié)合失效分析,可進(jìn)一步弄清導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要失效機(jī)理,作為可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)、改進(jìn)新產(chǎn)品質(zhì)量和確定合理的篩選、例行(批量保證)試驗(yàn)條件等的依據(jù)。如果為了縮短試驗(yàn)時(shí)間,可在不改變失效機(jī)理的條件下用加大應(yīng)力的方法進(jìn)行試驗(yàn),即加速壽命試驗(yàn)。壽命試驗(yàn)可以對(duì)產(chǎn)品的可靠性水平進(jìn)行評(píng)價(jià),并通過質(zhì)量反饋來提高產(chǎn)品的可靠性水平。
壽命試驗(yàn)是在生產(chǎn)過程比較穩(wěn)定的條件下,剔除了早期失效產(chǎn)品后進(jìn)行的試驗(yàn),通過壽命試驗(yàn)可以了解產(chǎn)品壽命分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。壽命試驗(yàn)可以劃分為多種:按任務(wù)條件可分為存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)、工作壽命試驗(yàn);按施加應(yīng)力可分為長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)、加速壽命試驗(yàn);按數(shù)據(jù)處理方式可分為定時(shí)截尾試驗(yàn)、定數(shù)截尾試驗(yàn)。
存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)
在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行非工作狀態(tài)的存放試驗(yàn),稱為存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)。
存儲(chǔ)環(huán)境是指產(chǎn)品在存儲(chǔ)過程中所能遇到的環(huán)境,是存儲(chǔ)過程中影響產(chǎn)品的諸多因素的總和,按性質(zhì)可分為自然存儲(chǔ)環(huán)境與人工存儲(chǔ)環(huán)境;按場(chǎng)所可分為庫(kù)房環(huán)境、棚庫(kù)環(huán)境、露天環(huán)境等。存儲(chǔ)中對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響的因素主要有溫度、濕度、霉菌、氣壓、腐蝕介質(zhì)等,其中以溫度和濕度的影響最大。
存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)條件通常為室內(nèi)、棚下、露天等,因此存儲(chǔ)的環(huán)境試驗(yàn)方法又稱天然暴露試驗(yàn)。對(duì)于不可修產(chǎn)品,存儲(chǔ)壽命是指在規(guī)定的條件下存儲(chǔ)時(shí),從開始存儲(chǔ)到失效的存儲(chǔ)時(shí)間;對(duì)于可修產(chǎn)品,存儲(chǔ)壽命是指從開始存儲(chǔ)到不可修復(fù)為止的存儲(chǔ)時(shí)間。
存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)一般需要較多的試驗(yàn)樣品和長(zhǎng)期的觀察測(cè)量,才能對(duì)產(chǎn)品做出較好的預(yù)計(jì)和評(píng)價(jià)。
任何產(chǎn)品都有其一定的壽命,無論是處于存儲(chǔ)狀態(tài)還是工作狀態(tài)。在整個(gè)壽命周期內(nèi),都要經(jīng)歷從誕生到存儲(chǔ)、運(yùn)輸、待命、工作到失效的過程。在存儲(chǔ)過程中,影響產(chǎn)品可靠性的因素有很多,除有環(huán)境因素的影響外,存儲(chǔ)時(shí)間、存儲(chǔ)方式等也都會(huì)對(duì)其造成影響。在每個(gè)過程當(dāng)中,產(chǎn)品所處的環(huán)境不同,存儲(chǔ)的時(shí)間也不同。
為保證產(chǎn)品的可靠性,就必須保證產(chǎn)品在任何過程中都能完成規(guī)定的動(dòng)作而不失效。絕大部分的產(chǎn)品都是處于工作階段的,其可靠性與工作環(huán)境、工作時(shí)間有密切的聯(lián)系。但對(duì)于一些特殊的產(chǎn)品,例如電子系統(tǒng)電子器件、航天用電子器件,其使用時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于存儲(chǔ)時(shí)間的,所以工作可靠性與存儲(chǔ)時(shí)間和環(huán)境有很大關(guān)系。對(duì)這一類的特殊產(chǎn)品而言,存儲(chǔ)時(shí)間和環(huán)境就成為研究其可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短,因而需要在較短時(shí)期內(nèi)獲得產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)和壽命等信息。但通常的存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)方法要耗費(fèi)大量的試驗(yàn)時(shí)間、人力和物力,并且由于產(chǎn)品更新?lián)Q代等問題,長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)后得出的結(jié)果可能已經(jīng)失去了實(shí)際意義。因此,為了縮短試驗(yàn)時(shí)間,需要進(jìn)行加速存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)。
加速存儲(chǔ)壽命試驗(yàn)是一種在不改變產(chǎn)品在實(shí)際存儲(chǔ)條件下的失效機(jī)理,在不增加新的失效機(jī)理的前提下,用加大存儲(chǔ)環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)力的方法加速產(chǎn)品失效,根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果預(yù)計(jì)正常存儲(chǔ)環(huán)境應(yīng)力下產(chǎn)品的存儲(chǔ)壽命,或在一個(gè)相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)獲得失效率數(shù)據(jù)的技術(shù)。
工作壽命試驗(yàn)
產(chǎn)品在規(guī)定的條件下施加規(guī)定應(yīng)力的試驗(yàn),稱為工作壽命試驗(yàn)。
工作壽命試驗(yàn)提供產(chǎn)品在工作狀態(tài)下的可靠性特征參數(shù)。由于工作壽命試驗(yàn)比較符合產(chǎn)品的實(shí)際使用情況,所以其試驗(yàn)結(jié)果是產(chǎn)品可靠性的主要指標(biāo)之一。工作壽命試驗(yàn)分為間歇工作壽命、穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗(yàn),其中穩(wěn)態(tài)工作壽命試驗(yàn)又分為靜態(tài)工作壽命、動(dòng)態(tài)工作壽命試驗(yàn)兩種。
間斷工作壽命試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品間斷地施加應(yīng)力,使產(chǎn)品受到“開”和“關(guān)”之間周期變化的電應(yīng)力,來加速產(chǎn)品內(nèi)部物理、化學(xué)反應(yīng)過程,而這種周期變化的電應(yīng)力又導(dǎo)致產(chǎn)品和外殼溫度的周期變化,最終得到測(cè)定產(chǎn)品的典型失效率或證實(shí)產(chǎn)品的質(zhì)量或可靠性。
穩(wěn)態(tài)工作壽命是驗(yàn)證承受規(guī)定條件的產(chǎn)品在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量或可靠性。在額定工作條件下持續(xù)施加額定應(yīng)力而進(jìn)行壽命試驗(yàn),其試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng),以保證其結(jié)果不具有早期失效或“初期失效”的特征,在壽命試驗(yàn)期間還應(yīng)進(jìn)行觀察,以監(jiān)視失效率是否隨時(shí)間有顯著變化。如果用穩(wěn)態(tài)壽命試驗(yàn)來評(píng)定產(chǎn)品的基本能力或?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行鑒定試驗(yàn),以確保產(chǎn)品以后能用于高可靠場(chǎng)合,就應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)條件,如電輸入、負(fù)載和偏置以及相應(yīng)的最高工作溫度或試驗(yàn)溫度或其他規(guī)定的環(huán)境條件代表產(chǎn)品的最大工作額定值或試驗(yàn)額定值。靜態(tài)工作壽命試驗(yàn)指產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)態(tài)壽命試驗(yàn)時(shí)無信號(hào)輸入,動(dòng)態(tài)工作壽命試驗(yàn)則指產(chǎn)品進(jìn)行穩(wěn)態(tài)壽命試驗(yàn)時(shí)有信號(hào)輸入。
加速壽命試驗(yàn)
加速壽命試驗(yàn)是指采用加大應(yīng)力的方法促使樣品在短期內(nèi)失效,以預(yù)測(cè)在正常工作條件或儲(chǔ)存條件下的可靠性,但不改變受試樣品的失效機(jī)理。
按照試驗(yàn)時(shí)施加應(yīng)力的方式,加速壽命試驗(yàn)可分為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)、步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)和序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)。
恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是指樣品在試驗(yàn)期間所承受的應(yīng)力保持不變;
步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是指樣品在試驗(yàn)期間所承受應(yīng)力按一定時(shí)間間隔階梯式地增加,直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止;
序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)是指樣品在試驗(yàn)期間所受應(yīng)力按時(shí)間等速增加,直至樣品產(chǎn)生足夠的退化為止。
加速壽命試驗(yàn)可以大大縮短正常應(yīng)力壽命試驗(yàn)所需時(shí)間,節(jié)省了人力和設(shè)備,這是它的優(yōu)點(diǎn)。但是,加速壽命試驗(yàn)也有它的局限性。
1.它是一種破壞性試驗(yàn),因而只能抽取小部分樣品進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)然,從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)來看,它是足以代表該產(chǎn)品的可靠性水平的,但是卻存在一個(gè)置信度的問題。
2.對(duì)于那些比較復(fù)雜的器件,如集成電路,實(shí)際上起主導(dǎo)作用的失效機(jī)理往往是復(fù)雜的,甚至有些是事先無法預(yù)知的,如果用單一的加速變量來進(jìn)行加速,其結(jié)果是不夠全面的;同時(shí),在失效機(jī)理不太明朗的情況下,采用加速外推的方法,其結(jié)果必然帶來大的誤差。也就是說,對(duì)于具有多種失效機(jī)理的產(chǎn)品,理想的加速壽命試驗(yàn)是難以實(shí)現(xiàn)的。
3.加速壽命試驗(yàn)只考慮了試驗(yàn)的加速性方面,而沒有考慮元器件的應(yīng)用問題。實(shí)際上,用戶把這類器件用在設(shè)備上,預(yù)期保存和運(yùn)用時(shí)間很長(zhǎng)。因此,對(duì)于元器件制造者和用戶來說,在正常應(yīng)力或使用應(yīng)力下的長(zhǎng)期壽命試驗(yàn)也是必須的和重要的,因?yàn)樗苷鎸?shí)反映元器件在使用條件下的壽命特性。
4.加速壽命試驗(yàn)的基本假設(shè)是在高應(yīng)力條件下的失效機(jī)理與在正常應(yīng)力條件下的失效機(jī)理相同。此外試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析需要選擇或假定應(yīng)力與壽命之間的函數(shù)關(guān)系。實(shí)際上,高應(yīng)力可能會(huì)引入在正常條件下不會(huì)發(fā)生的新的失效模式,當(dāng)有幾種不同應(yīng)力共同作用時(shí),各種失效模式對(duì)應(yīng)應(yīng)力有不同的敏感性,以致各失效模式的發(fā)生概率會(huì)隨應(yīng)力的改變而改變。也就是說,加速壽命試驗(yàn)的基本假設(shè)通常是很難保證的。、應(yīng)力-壽命關(guān)系模型有潛在的多樣性、復(fù)雜性。試驗(yàn)條件也是千變?nèi)f化的。由加速壽命試驗(yàn)所估計(jì)的壽命與在現(xiàn)場(chǎng)觀察到的壽命可能差別很大,有可能差別達(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)甚至更大。因此,除非試驗(yàn)條件與現(xiàn)場(chǎng)使用條件很接近且試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和建模恰當(dāng),否則從加速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)外推所估計(jì)的可靠性只能看作是固有可靠性的一種近似,不應(yīng)看作為現(xiàn)場(chǎng)可靠性指標(biāo)。雖然存在局限性,但并不影響加速壽命試驗(yàn)的有用性。