[科普中国]-加速贮存试验

背景介绍

随着科学技术的进步，产品对可靠性的要求越来越高，产品的寿命也越来越长，对于高可靠性、长寿命的电子产品，要快速地评定产品实际贮存环境中的可靠性水平，就需要进行加速寿命试验。在加速寿命试验中，无论是加速试验方案的制定还是试验数据的统计分析，都需要依据加速模型。2

目前加速试验方法的主要研究方向为基于模型的试验方法， 所用的模型包括物理模型和统计模型。常用的物理模型有应力失效模型（SN 曲线）、热激发失效模型（Arrhenius 模型）、综合失效模型（Arrhenius 模型和逆幂律模型的乘积）。统计模型对加速试验的数据进行回归建模， 在所得模型的基础上进行可靠性量化估计。该方法的应用受到加速模型的限制， 只适用于元器件级及材料级产品。整机产品包含着多种元器件和材料， 导致其失效的因素或机理比较复杂， 如果任选一种加速应力去做试验， 其结果难以反映实际情况。因此， 大大限制了整机产品的加速寿命试验研究。1

整机加速贮存试验的意义针对长寿命高可靠产品的可靠性评估问题， 目前国内外已经在元器件、材料级产品的加速试验方面取得了一些研究成果及应用信息。对于整机设备， 现阶段比较通行的做法是先在研制过程中引入可靠性强化试验（RET），来强化设计， 获得高的固有可靠性， 利用高加速筛选（HASS） 剔除潜在缺陷， 获得高的使用可靠性， 然后利用模拟技术按基于概率统计理论的GJB899A 规定的条件进行鉴定和验收。然而， 随着产品可靠性的提高， 如果按照传统可靠性试验来考核这些长寿命高可靠产品的可靠性， 通常会需要很多试验样本或者较长的试验时间， 费用高， 效费比太低， 并且时间上也不允许。整机级设备加速可靠性试验的需求日益明显，对于设备的贮存可靠性尤其如此。以导弹为例， 我国新型弹一般要求贮存寿命指标为8～10年， 有的甚至要求15年， 弹上电子设备的MTBF 则高达上万小时。实际上， 对于大多数这类产品来说， 传统可靠性试验方法在工程上是难以实现的。为了缩短产品的研制周期， 减少研制费用， 基于加速环境的可靠性统计试验是加速试验亟待解决的一个问题。1

整机加速贮存试验的目的产品贮存过程中， 根据故障发生的原因， 贮存中发现的故障可能有工艺质量问题、设计质量问题， 偶然故障和耗损故障。

整机加速试验不同于器件或材料的加速寿命试验方法。器件或材料的加速寿命试验的目的是获得薄弱环节即耗损型故障的贮存寿命（Shelf Life）。而整机在进行加速试验之前，已经通过了环境功能试验及耐久性试验， 采取纠正措施消除了属于工艺质量和设计缺陷的问题； 并通过器件级加速试验保证整机在其寿命期内不出现耗损性故障， 即薄弱环节的寿命足够长。则在整机耗损型失效发生之前出现的主要就是偶然性故障。进行整机加速试验的目的并不是确定整机薄弱环节老化失效对应的贮存寿命（Shelf Life）， 而是考核偶然故障与设备可靠性的关系， 在较短的时间内确定整机贮存可靠寿命。因此进行电子整机加速贮存试验的目的是在加速试验剖面下以较短的时间验证电子整机在给定的贮存条件和保养方式下的失效率，进而确定导弹贮存可靠性或可靠寿命。1

我国电子产品加速贮存试验技术方法国内从 80 年代开展加速贮存试验技术研究，从最初的元器件、原材料级产品逐渐拓展至电子整机级产品。目前国内常用的电子产品加速贮存试验方法可以归结为两大类。

基于薄弱环节的电子产品加速贮存试验方法该方法又称为“转化法”。对于电子整机产品，而且其失效模式和机理复杂，不唯一，要确立其加速应力下与正常使用应力下的寿命关系是困难的。根据短板原理，任何一种产品的寿命，都决定于该产品中的最短寿件，因此进行产品贮存失效机理分析，确定其薄弱环节，将整机产品的加速贮存寿命试验转化为薄弱环节的加速贮存寿命试验。3

基于加速寿命试验的加速贮存试验方法加速寿命试验的前提是确保产品失效机理不变，提高试验应力水平，加速参试产品失效，在较短时间内获得其寿命信息，通过加速模型外推得到产品实际使用应力下的寿命指标。基于此方法，则投入一定数量的电子产品，按照加速寿命试验原理，采用恒定、步进或步退应力试验实施方式开展试验，根据产品的失效数据来评估贮存寿命。由于电子产品贮存状态多为库房贮存，因此加速试验应力主要为温度应力，加速模型多用Arrhenius 模型。随着加速贮存试验研究的逐渐深入，一些研究人员在恒定和步进试验方法上引入了加速退化试验方法，加速退化试验不再以获得失效数据为目的，而是监测产品的性能退化参数，此方法可以在一定程度上解决产品长期不失效，无法获得失效数据的问题。3