1 引言
加速寿命试验是电子元器件可靠性试验中的一项重要的试验手段，对于可靠性水平较高的产品按照恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案进行寿命评价需要很长的试验周期和大量的试验样品，试验成本相对较高。加速寿命试验是一种可在短时间内获得产品失效率数据的方法，它要求了解在正常应力下的主要失效机理与失效模式、环境应力水平与产品寿命特征的关系，一旦求得这种关系，即可确定有关应用环境的失效率估计值。加速寿命试验可以有效获得零件、部件或系统的失效率，可以减少测定低失效率产品寿命试验时间，是一种十分有效的寿命试验方法[1] [2]。
2 加速寿命试验方法综述
加速寿命试验按照施加应力的不同方式一般可以分为恒定应力加速寿命试验、步进应力加速寿命试验、序进应力加速寿命试验三种类型[3] [4]。三种加速寿命试验方法中恒定应力加速寿命试验最为成熟，尽管这种试验所需时间不是最短，但比一般的寿命试验的试验时间还是缩短了很多。因此它还是经常被采用的试验方法。
2.1 恒定应力加速寿命试验
恒定应力加速寿命试验将试样分为几组，每组在固定的应力水平下进行寿命试验，各应力水平都高于正常工作条件下的应力水平，试验做到各组样品均有一定数量的产品发生失效为止。
2.2 步进应力加速寿命试验
步进应力加速寿命试验预先确定一组应力水平，各应力水平之间有一定的差距，从低水平开始试验，一段时间后，增加至高一级应力水平，如此逐级递增，直到试样出现一定的失效数量或者到了应力水平的极限停止试验。
2.3 序进应力加速寿命试验
序进应力加速寿命试验将试样从低应力开始试验，应力水平水试验时间等速升高，直到一定数量的失效发生或者到了应力水平的极限为止。
3 加速寿命试验理论依据
加速寿命试验的基本理论是利用高应力条件下的寿命特征去外推正常应力水平下的寿命特征。实现这个基本思想的关键在于建立寿命特征与应力水平之间的关系的加速试验模型。在温度恒定应力加速寿命试验中，通常采用阿伦尼斯(Arrhenius)方程作为寿命与温度关系的模型[5] [6]。阿伦尼斯(Arrhenius)方程是表示化学反应与温度关系的一个经验公式，其表达式为：
(公式1)
式中：M为化学反应量；A0为比例系数；T为绝对温度，玻耳兹曼常数（8.617×105 eV/K），E为失效机理激活能，单位为eV。
如果元器件失效是由某种反应量的原始积累量M1积累到一定程度M2引起，那么其寿命就是反应累计到M所需要的时间t，阿伦尼斯(Arrhenius)方程做积分可得到：
当退化量M2达到某个值Mp时，则认为该器件失效，而影响到由产品构成设备的性能参数或工作。这时的时间差(t2-t1)就是产品从t1开始延续的寿命L。即
令A=ln[(Mp-M1)/A0]，B=E/k，得lnL=A+(B/T)。式中，A，B是待定参数；L为某寿命特征。
lnL=A+(B/T)是线性化的寿命与温度的关系模型，它符合化学反应器件的寿命L与温度T的关系。该模型表明，寿命特征的对数是温度倒数的线性函数。
当在不同温度T1，T2下，经过时间t1与t2后特性值或退化量相同，可利用公式推出加速系数公式：
上式是基于退化量相同导出的。目前国内外比较成熟的加速寿命试验数据处理方法都是基于失效数据的。对于长寿命产品，在很长的时间内极少出现失效现象，因此传统的基于失效数据的试验数据处理方法在应用时会遇到很多困难。
4 加速寿命试验在电子产品上的应用
假设需要验证音视频产品（如电视机）在环境温度25℃、相对湿度75%条件下MTBF为10万小时。要求采用加速寿命的试验方法进行验证，置信度90%。样品数量20台，允许失效的样品数为1台。
4.1 制定加速寿命试验方案
采用公式5计算环境温度25℃、相对湿度75%条件下MTBF为10万小时需要的试验时间t；
t=A×MTBF （公式5）
公式5中，A为时间因子，与试验期间允许失效的样品数量以及90%的置信度有关。
采用公式6计算时间因子A；
公式6中，是自由度为2γ+2的2分布的α的分位数，1-α是要求的置信度，本方案中为90%，计算得α=0.1。
γ是允许失效的样品数量，本方案中为1。
利用Excel计算2分布式，在Excel中对应的函数为CHIINV。具体计算过程如下：
=0.5×CHIINV（0.1，4）=0.5×7.779=3.89
将时间因子A带入公式5进行计算得到t=38.9万小时。
4.2 计算加速因子
采用施加高温高湿环境应力的方法进行加速寿命试验，温度85℃，相对湿度85%，利用阿伦尼斯公式计算加速因子AF；
公式7中：
为激活能（单位eV），本方案中考虑到样品的失效模式主要是由于电迁移而断线导致功能失效或故障，因此取为0.6eV。
K为玻尔兹曼常数，取K=8.617×10-5eV/K。
是加速状态下相对湿度，本方案中为85%。
是常态下相对湿度，本方案中为75%。
是加速状态下的温度，本方案中为358.15K。
是常态下的绝对温度，本方案中为298.15K。
将以上数据带入公式3中，计算得到AF=72.8。
4.3 计算加速寿命条件下的试验时间
将环境温度25℃、相对湿度75%条件下MTBF为10万小时需要的试验时间t=38.9万小时换算成加速寿命试验条件下（温度85℃、相对湿度85%）的试验时间T，计算如下：
T=t/AF=38.9万小时/72.8=5344小时
因此，最终试验方案为：将20台样品在温度85℃、相对湿度85%条件下进行267.2小时试验，如果失效的样品数小于等于1台，就认为此样品的MFBF达到在环境温度25℃、相对湿度75%条件下MTBF为10万小时的要求。
5 结束语
加速寿命试验能够有效加快试验进程，节约试验成本，为预测系统或设备的可靠度提供重要的依据。随着科技的进步，越来越多的电子产品企业关注生产的产品的可靠性指标，如果采用在正常使用条件下的应力去评估电子设备的寿命特征和可靠性指标，需要很长的试验周期和比较多的样品，试验成本相对较高。因此，采取加速寿命试验方法评价电子了设备的可靠性指标收到越来越受到高度重视。本文详细介绍了音视频产品在温度和湿度应力条件下的加速寿命计算方法，为工程技术人员提供进行其它产品的加速寿命试验提供科学的参考依据。