加速環境試驗技術

傳統的環境試驗是基于真實環境模擬的試驗方法，稱為環境模擬試驗。這種試驗方法的特點是：模擬真實環境，加上設計裕度，確保試驗過關。其缺陷在于試驗的效率不高，并且試驗的資源耗費巨大。

加速環境試驗AET(Accelerated Environmental Testing)是一項新興的可靠性試驗技術。該技術突破了傳統可靠性試驗的技術思路，將激發的試驗機制引入到可靠性試驗，可以大大縮短試驗時間，提高試驗效率，降低試驗耗損。加速環境試驗技術領域的研究與應用推廣對可靠性工程的發展具有重要的現實意義。


加速環境試驗

激發試驗(Stimulation)通過施加激發應力、環境快速檢測來清除產品的潛在缺陷。試驗所施加的應力并不模擬真實環境，而以提高激發效率為目標。

加速環境試驗是一種激發試驗，它通過強化的應力環境來進行可靠性試驗。加速環境試驗的加速水平通常用加速因子來表示。加速因子定義為設備在自然服役環境下的壽命與在加速環境下的壽命之比。

施加的應力可以是溫度、振動、壓力和濕度(即所謂“四綜合”)及其他應力，應力的組合亦是有些場合更為有效的激發方式。高溫變率的溫度循環和寬帶隨機振動是公認最有效的激發應力形式。加速環境試驗有2種基本類型：加速壽命試驗(Accelerated Life Testing)、可靠性強化試驗(Reliability Enhancement Testing)。

可靠性強化試驗(RET)用以暴露與產品設計有關的早期失效故障，但同時，也用于確定產品在有效壽命期內抗隨機故障的強度。加速壽命試驗的目的是找出產品是如何發生、何時發生、為何發生磨耗失效的。下面分別對2種基本類型進行簡單闡述。




加速壽命試驗(ALT)

加速壽命試驗只對元器件、材料和工藝方法進行，用于確定元器件、材料及生產工藝的壽命。其目的不是暴露缺陷，而是識別及量化在使用壽命末期導致產品損耗的失效及其失效機理。有時產品的壽命很長，為了給出產品的壽命期，加速壽命試驗必須進行足夠長的時間。

加速壽命試驗是基于如下假設：即受試品在短時間、高應力作用下表現出的特性與產品在長時間、低應力作用下表現出來的特性是一致的。為了縮短試驗時間，采用加速應力，即所謂高加速壽命試驗(HALT)。

加速壽命試驗提供了產品預期磨損機理的有價值數據，這在當今的市場上是很關鍵的，因為越來越多的消費者對其購買的產品提出了使用壽命要求。估計使用壽命僅僅是加速壽命試驗的用處之一。它能使設計者和生產者對產品有更全面的了解，識別出關鍵的元器件、材料和工藝，并根據需要進行改進及控制。另外試驗得出的數據使生產廠商和消費者對產品有充分的信心。

加速壽命試驗的對象是抽樣產品。




可靠性強化試驗(RET)

可靠性強化試驗有許多名稱和形式，如步進應力試驗、應力壽命試驗(STRIEF)、高加速壽命試驗(HALT)等。RET的目的是通過系統地施加逐漸增大的環境應力和工作應力，來激發故障和暴露設計中的薄弱環節，從而評價產品設計的可靠性。因此，RET應該在產品設計和發展周期中最初的階段實施，以便于修改設計。

國外可靠性的有關研究人員在80年代初就注意到由于設計潛在缺陷的殘留量較大，給可靠性的提高提供了可觀的空間，另外價格和研制周期問題也是當今市場競爭的焦點。研究證明，RET不失為解決這個問題的最好方法之一。它獲得的可靠性比傳統的方法高得多，更為重要的是，它在短時間內就可獲得早期可靠性，無須像傳統方法那樣需要長時間的可靠性增長(TAAF)，從而降低了成本。

RET的目的是要引起失效，因此它是破壞性試驗，試樣數量盡可能少。進行RET的理想時間是在設計周期的末期，此時設計、材料、元器件和工藝等都準備就緒，而生產尚未開始。通常RET的做法是施加預定的環境應力和工作應力(單獨加、順序加或同時加)，從小量級開始，然后逐步增加直到出現以下3種情況：


全部試樣失效；

應力值大大超出服役期望值；

出現非相關失效。（非相關失效是指服役中不可能出現的失效模式）

可靠性強化試驗也是針對少量抽樣產品進行的。


其它類型加速環境試驗

可靠性試驗還包括可靠性統計試驗，即可靠性鑒定試驗和可靠性驗收試驗?；诩铀侪h境的可靠性統計試驗(即加速可靠性鑒定試驗和加速可靠性驗收試驗)是加速環境試驗亟待解決的一個問題。該問題的核心是通過高量級的加速環境試驗數據去評估試樣在低量級的服役環境中的可靠性水平。在產品的全壽命周期管理中，它們的功能在一定條件下可以由前述2種加速環境試驗來實現。

加速環境試驗在產品全壽命周期管理中的應用

在產品的設計、研制、生產和使用直至壽命末期整個壽命周期內，其可靠性的設計、改進、評估都離不開環境試驗手段，而加速環境試驗在產品的設計、研制和生產中是實現產品的可靠性增長和確定、評估產品可靠性水平的重要手段。


根據市場需求和用戶的要求確定產品之后，就可初步設計好產品雛形。此時一般需要對元器件和原材料進行選擇，選擇代表試樣進行加速壽命試驗，從而確定所選擇的元器件和原材料。產品設計完成并制造試樣后就可以進行可靠性強化試驗(RET)，以實現可靠性增長。這將是一個逐步清除設計上的薄弱環節的過程，同時，可以對材料和工藝方法進行加速壽命試驗，為產品的正式生產奠定基礎。這是一個反復的過程，即是一個試驗——分析改進——試驗的循環過程。為了確定產品的有效壽命，需要對產品的抽樣進行加速壽命試驗(ALT或HALT)，同時加速壽命試驗還將為ESS提供必要的有關產品的數據。在清除了設計上的缺陷及薄弱環節之后，產品可以正式批量生產。環境應力篩選方案可以根據ALT(或HALT)確定的極限來確定。以最為有效的溫度循環和寬帶隨機振動為例，兩端的溫度應該比工作極限約低20%，用在生產中的ESS振動量級應該約為振動破壞極限的50%。在確定了試驗剖面后，便應該對幾個(一般至少3個)試樣進行篩選方案的驗證(POS)，以證實篩選既不造成缺陷，又不消耗掉很多有效壽命。

通過篩選的產品可以出廠，沒有通過篩選的產品在經過糾正后同樣可以出廠，因為篩選并沒有過多地降低產品的有效壽命，只是檢測到了在制造過程中引入的缺陷。

應該指出的是，何時進行何種試驗并沒有嚴格的界線，如環境應力篩選可能會在可靠性強化試驗中進行，不過此時所進行的環境應力篩選目的是對試樣進行篩選、老煉、排除產品試樣的早期故障，使其故障率趨于穩定，而不讓早期故障在可靠性強化試驗中暴露，造成不必要的浪費。另外，并不是所有的加速環境試驗都是必需的，如可靠性強化試驗所提供的信息，在承制方及訂購方的共同認可下，是可以完成加速可靠性鑒定試驗的功能的，而環境應力篩選(或高加速應力篩選)亦能實現加速可靠性驗收試驗的要求。

產品在使用過程中所獲得的數據對于產品的可靠性增長也是相當有用的。同樣的產品在不同的環境條件下使用，可能會表現為不同的可靠性量值，故產品的可靠性必須在真實的使用環境中或者在模擬的真實環境條件下驗證，才能獲得準確的可靠性數據。因此，應該重視在使用中反饋的信息，與以前的試驗進行分析比較，對于改進試驗方法、進一步提高產品的可靠性都有重要的意義。

總之，可靠性管理是貫穿于產品全壽命周期的一項工程，也是增強產品的市場競爭力的保證。

加速環境試驗已應用于通訊、電子、電腦、能源、汽車等工業部門，并且在航空、航天、軍工方面的應用也得到了迅速的發展。據報道，惠普、福特、波音等國際知名企業已相繼采用可靠性強化試驗技術進行新產品研制的可靠性增長試驗，并由此獲得高可靠性，縮短產品研制周期，取得了明顯的經濟效益。我國有關研究機構也對此進行了研究，加速環境試驗將成為可靠性試驗的補充和發展。

環境測試一般偏重于產品對外部條件適應能力的測試，如溫度，濕度，電磁環境等。而其本身的工作狀況不會變化，如電流、電壓、機械負載等。

狹義的可靠性測試一般偏重于產品本身的性能，如在大電流或機械過載的條件下的性能穩定性，而其工作環境則保持在正常使用條件下。

廣義的可靠性測試也可包括環境測試。