可靠性加速测试方法

可靠性加速测试方法
目的
基本假设
加速试验模式
Inverse Power Model
Arrhenius Model for Thermal Aging
时间转换法
贝氏法则
可靠性加速测试
目的
利用较严厉的环境测试条件，使得产品的失效时间缩短，然后以求得之结果，估计产品在一般使用环境之寿命。

可靠性加速测试
基本假设
a.环境条件加强，但不改变产品物理性质
b. 环境条件改变，所求得之各个失效分配，彼此之间存在某种相似的统计
分配特性。

c. 可以重复试验
d. 符合能量不灭之物理定律
加速试验模式
（一）物理模式
* Inverse Power Law
* Arrhenius Law
（二）统计模式
* Time Transformation Models
* Baye’s Method
Inverse Power Model
适用于一般电子及电子产品、绝缘物体，或是轴承等，其使用寿命和外界之应力成”N ” 次方的反比，如下式所示：
产品之特性寿命(Characteristic Life)通常可由韦式分配求得，公式中之“N ” 值决定于不同产品和其组成之物质，可由图22-1之负N
N A A N N
S S L L ⎥
⎦
⎤
⎢⎣⎡==>⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡=正常應力加嚴應力加嚴應力下之壽命正常應力下之壽命
Inverse Power Model
时间坐标
Slop Exponent
=-1应力坐标
正常施加应力30年
以指数为单位
特性寿命
Log Scale 1小时
加速测试之应力
Inverse Power Model
例题一
某产品在正常情况下，应力为15kV ，由上述方法求得之指数为8，若测试电压为60kV ，经证实两种测试电压产生之失效原因相同，也不会改变其物理结构。

若该产品之希望寿命为30年，用60kV 电压需测试多久方能保证其寿命。

解：30年= 30×365天×24小时= 262800小时
小時
測試時間
之壽命之壽命01.42628004156060158
8
===⎥⎦⎤⎢⎣⎡=kV kV
Arrhenius Model for Thermal Aging 有些电子组件会因温度变化而影响其内部之化学变化，以及影响其变化速度，此种变化关系在化学上称之为Arrhenius Equation，如式(1)所示。

Arrhenius Model for Thermal Aging
R T R E T R R E
B e
R e
R R G G
T
R T R E G 為常數
為絕對溫度為氣體常數量能為化學反應所需之活動時之化學變化速度為溫度為其中0/0)
/(0,,,)
1(........................................=
==--
Arrhenius Model for Thermal Aging
若可以找到一特性值Q ，使得化学反应速率和产品寿命之乘积等于Q ，即
對數紙來繪圖
實務上可用圖其中上式兩邊取對數後可得可得代入式將式222log
,
/)(log )1()2()2......( 0
/-=+==
=R Q
A T
B A L R Qe L Q RL e T
R
时间转换法
此种模式是用在找寻在常态应力测试条件和加速测试条件二者CDF(累积失效机率函数)之关系，可用下式表示：
CDF at Acc. Stress = K ×CDF at Rated Stress，K称为加速因子，可由实验求得。

贝氏法则
如果事前我们对某种产品之失效模式已有经验，或是已知其分配公式，则利用贝氏法则会比其他测试模式来的好。

但此法有下列限制条件：
1. 若未知机率分配，则吾人缺少合理的一些假
设，
2. 应用机会不多，除非对该产品已有相当程度
之了解。

贝氏法则
应用此法时，须经测试以便找到一可用之事前机率分配。

贝氏模式之推理过程如下
之機率分配
時，時間為當母數為為此處t t g PDF
ior f PDF
Posterior t h d t g f t g f t h θθθθθθθθθ)|(Pr )()|()|()()
|()()|(00
==⎰
施加应力之各种型式
•固定应力法
•逐步加严测试
•改变应力及测试时间
•多层次之应力测试
•单一和多层次之失效分析
固定应力法
•使用一特定应力测试，然后用韦氏机率纸求算其特性寿命
•重复上述步骤，但改以不同之应力测试
•将前述结果描绘在坐标图上，再以统计回归方法找出应力与寿命之关系
此法为最简单且普遍之测试方法
逐步加严测试
•测试方法为逐步增加测试应力，而测试时间也按比例增长，以便达成加速失效之目的
•当达成失效状态后，需分析产品失效原因，同时查看有无改变物理现象
•如此逐步增大应力，直到改变物理现象为止
•最后使用统计方法，推估失加速测试缩短之时间和正常应力之关系
逐步加严测试示意图
应
力
时间
改变应力及测试时间
•任意改变施加之应力，加速造成失效状态
•此法无法以合理之数学方法，找出产品之平均寿命
多层次之应力测试
•类似改变应力及测试时间之测试方式，但改变过程为事先设定值•再以统计学之变异数分析或实验设计法，找出一最佳之测试方法
单一和多层次之失效分析
•产品失效现象(Failure Mode)，可以分成单一失效和多层次失效两种
•单一失效之分析
•由连续、重复的失效现象中，找出其失效原因。

•亦可藉由统计之回归分析，找出其失效原因。

•或利用其它已知之数学模式来分析
21单一和多层次之失效分析•多层次失效
•理论上，虽可藉变异数分析找出多层次失效现象之原因，实务上大都将其视为单一失效原因来处理。

为改进前述做法，可采用“Competing Risk Model” (CRM)来分析
•CRM 假设失效现象可分成k 个，且失效原因相互独立，而发生某一次失效现象之最短时间，就可决定整个产品之寿命
•求算最短时间之公式为
x = Min(x 1, x 2, x 3,…, x k ) ∏--=k
i x x F x F 1)]
(1[1)(。