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1、医疗产品可靠性试验-加速实验加速试验是指在保证不改变产品失效机理的前提下，通过强化试验条件， 使受试产品加速失效，以便在较短时间内获得必要信息，来评估产品在正 常条件下的可靠性或寿命指标。通过加速试验，可迅速查明产品的失效原 因，快速评定产品的可靠性指标。2、加速试验的目的与特点进行加速试验的目的可概括如下:（1）为了适应日益激烈的竞争环境；（2）在尽可能短的时间内将产品投入市场;（3 ）满足用户预期的需要。加速试验是一种在给定的试验时间内获得比在正常条件下（可能获得的信 息）更多的信息的方法。它是通过采用比设备在正常使用中所经受的环境 更为严酷的试验环境来实现这一点的。由于使用更高的应力，在
2、进行加速 试验时必须注意不能引入在正常使用中不会发生的故障模式。在加速试验 中要单独或者综合使用加速因子，主要包括： 更高频率的功率循环；更高的振动水平；高湿度；更严酷的温度循环；更 高的温度。3、加速试验分类加速试验主要分为两类，每一类都有明确的目的：（1）加速寿命试验-估计寿命；（2 ）加速应力试验-确定（或证实）和纠正薄弱环节。这两类加速试验之间的区别尽管细微，但却很重要，它们的区别主要表现 在下述几个方面：作为试验的基础的基本假设、构建试验时所用的模型、 所用的试验设备和场所、试验的实施方法、分析和解释试验数据的方法。表1对这两类主要的加速试验进行了比较。试验目的与方法注解加速寿命 试
3、验（ALT）使用与可靠性（或者寿命）有关的模型，通 过比正常使用时所预期的更高的应力条件 下的试验来度量可靠性（或寿命），以确定 寿命多长。要求：了解预期的失效机理；了解关于加速该失效机理的大量信息，作为加速应力的函数加速应力 试验（AST）施加加速环境应力使潜在的缺陷或者设计 的薄弱环节发展为实际的失效，确认可能导 致使用中失效的设计、分配或者制造过程问 题。要求:充分理解（至少要足够了解）基本 的失效机理。对产品寿命的影响问题作 出估计。4、加速试验的产品层次要明确进行加速试验的产品层次（级别）是设备级还是零部件级，这一点很重要。某些加速方法只适用于零件级的试验，而有的方法只能用于较高级别
4、的总成（设备），只有少数方法同时适用于零件级和总成（设备）级。对零件级非常合适的基本假设和建模方法在对较高级别的设备进行试验时可能完全不成立，反之亦然。级别 限制（局限）注解可以有效地用于设备的加速试验的一个例子是增加工作周期，例如，某系统在正常情况下仅在一个班次中运行，航空电子设备在一 通常非常有限，很少进行。要建次飞行前和飞行中只工作几个小时，在这种情况下，在试验中可以 立起设备在高应力下与正常使用增加工作周期，受试系统一天可以连续工作三个班次，可使航空电 条件下的失效率之间的关系的模设备级子设备循环工作，在模拟飞行之间只留出足够使设备的温度稳定在型是极端困难的。而且，也很难非工作状态的时
5、间。这样，尽管每个工作小时的失效率没有改变， 确定不改变设备的失效机理的应但是每天发生的失效数增加了。这类加速试验通常在可靠性鉴定试 力条件。验中采用。这实际上是加速试验的一种形式（尽管通常不这样认为）。通常用一个给定的应力可以对一个或多个支配性失效机理进行加 部（零）件的失效模式比设备要速试验，例如，电容器的介质击穿是电压的函数，腐蚀是湿度的函 零部件少。因此，要确定能有效地加速数。在这种情况下要找出失效率与使用应力之间的函数关系的加速 级失效率而又不大改变失效机理的模型相当容易。因此，加速寿命试验广泛应用于部件，并且极力推 应力就容易得多。荐大多数类型的零件使用这一方法。表2列出了在两个主
6、要的级别（设备级和零部件级）上进行试验的信息。过去，大多数加速试验都是使用单一应力和在定应力谱进行的。包括周期 固定的周期性应力（如温度在规定的上下限之间循环，温度的上限和下限 以及温度的变化率是恒定的）。但是，在加速试验中，应力谱不必是恒定 的，也可以使用多种应力的组合。常见的非恒定应力谱和组合应力包括： 步进应力试验；渐进应力试验； 高加速寿命试验（HALT）（设备级）；高 加速应力筛选（HASS ）（设备级）；高加速温度和湿度应力试验（HAST）（零件级）。高加速试验系统性地使用大大超过产品使用中预期水平的环境激励，因此 需要详细理解试验结果。高加速试验用于确认相关故障，并用来确保产品
7、对高于所要求的强度有足够的裕度以便能经受正常的使用环境。高加速试 验的目的是大大减少暴露缺陷所需要的时间。该方法可用于研制试验，也 可用于筛选。HALT （高加速寿命试验）是一个研制工具，而 HASS （高加速应力筛选） 是一个筛选工具。它们常常互相联合使用。这是两种相对较新的方法，与 传统的加速试验方法不同。HAL与THASS的具体目标是改进产品设计，将 制造偏差和环境效应对产品性能和可靠性的影响减至最小。通常定量的寿 命或可靠性预计与高加速试验没有联系。步进应力谱试验。使用步进应力谱，试验样本首先按事先规定的时间以某 个给定的应力水平试验一段，然后在高一点的应力水平下再试验一段时间。不断增
8、加应力水平继续上面的过程，直到某个试验样本失效，或者试验进 行到最大应力水平时终止。这种方法能更快速地使产品失效以便分析。但 是，用这种方法很难正确建立加速模型，因此很难定量地预计产品在正常 使用条件下的寿命。每一步中应该增加的应力量值与许多变量有关。但是，允许在设计中进行 这样的试验的一个普遍的法则是：假设产品没有缺陷，如果最终能以适当 的裕量超出预期的使用环境中的应力，就能保证总体中的每一个体都能经 受住使用环境和筛选环境。（从而提高产品的寿命或可靠性）渐进应力谱 试验。渐进应力谱或者梯度试验是另一种常见的方法，试验中应力水平随 时间持续增加。其优点和缺点与步进试验相同，但有另外一个困难，
9、就是 很难精确地控制应力增加的速率。HALT （高加速寿命试验）。HALT 词是Gregg K. Hobbs于1988年提 出的。HALT有时指应力增益寿命试验（STRIFE ），是一种研制试验，是步 进应力试验的一种强化形式。它一般用来确认设计的薄弱环节和制造过程 中存在的问题，以及用来增加设计强度的富裕量，而不用来进行产品寿命或可靠性的定量预计。HASS （高加速应力筛选）试验。HASS是加速环境应力筛选的一种形式。 它代表了产品所经历的最严酷的环境，但通常持续很有限的一段时间。HASS是为达到技术的根本极限而设计的。此时应力的微小增加就会导致失效数的大量增加。这种根本极限的一个例子是塑料
10、的软化点。HAST （高加速温度和湿度应力试验）。随着近来电子技术的高速发展，几年前刚刚出现的的加速试验可能不再适应当今的技术了，尤其是那些专门 针对微电子产品的加速试验。例如，由于塑料集成电路包的发展，现在用 传统的、普遍被接受的85C/85%RH的温度/湿度试验需要花上千小时才 能检测出新式集成电路的失效。在大多数情况下，试验样本在整个试验中 不发生任何失效。不发生失效的试验是说明不了什么问题的。而产品在使 用中必定会偶尔失效。因此，需要进一步改进加速试验。HSAT就是为代替老的温度/湿度试验而开发的方法。加速模型按其提出时基于的方法可以分为3类：物理加速模型、经验加速模型和统计加速模型。
11、物理加速模型是基于对产品失效过程的物理化学解释而提出的。一种典型 的物理加速模型是阿伦尼斯（Arrhenius ）模型，该模型描述了产品寿命和 温度应力之间的关系。另一种典型的物理加速模型是艾林（Eyring ）模型，它是基于量子力学理论提出的。该模型也描述了产品寿命和温度应力之间 的关系。Glasstene等扩展了艾林模型，给出了描述产品寿命和温度应力、 电压应力的关系。经验加速模型是基于工程师对产品性能长期观察的总结而提出的，典型的 经验加速模型如逆幕律模型、Coffin-Manson模型等。逆幕律模型描述了诸如电压或压力应力与产品寿命之间的关系。Coffin-Manson模型给出了温度循
12、环应力与产品寿命之间的关系。统计加速模型是基于统计分析方法给出的，常用于分析难以用物理化学方 法解释的数据。统计加速模型又可以分为参数模型和非参数模型。参数模 型中参数的个数及其特性都是确定的，而非参数模型中参数的个数及其特 性是灵活的，并不需要预先确定。参数模型需要预先确定产品的寿命分布 形式，而非参数模型是一种无分布假设的模型，更加受到研究人员的青睐。加速因子是加速寿命试验的一个重要参数。它是加速应力下产品某种寿命 特征值与正常应力下寿命特征值的比值，也可称为加速系数，是一个无量 纲数。加速因子反映加速寿命试验中某加速应力水平的加速效果，即是加 速应力的函数。国内外已对加速因子及其性质进行
13、了深入研究。最初，指数分布、正态分 布、Weibull分布等寿命分布类型的加速因子被定义为产品在两种不同应 力水平下的平均寿命之比，后来有学者进行研究指出其中的不合理性，认 为加速因子是一种折算因子，其定义不仅依赖于寿命分布，还依赖于不同 应力水平之间的折算原则。目前，加速因子的研究方法大致有基于统计推断和基于预计技术两类，基 于预计技术的方法虽然简单，但是不能给出加速因子的精确值，因而在寿 命评估中不如基于统计推断的方法更有研究价值和发展前途。近些年，不同寿命分布的加速因子的研究成果比较丰富。针对不同的加速模型，如Arrhenius模型、Eyring模型、逆幕律模型、温度-湿度模型、 温度-
14、非热能模型等，已给出了相应计算加速因子的方法。8、加速试验中应当注意的问题加速试验模型是对产品在正常应力水平下以及一个或多个加速应力水平下的关键因素进行试验而导出的。在使用加速环境时一定要极其注意，以便识别和正确确认在正常使用中将发生的失效和一般不会发生的失效。因为加速环境一般都使用远高于现场使用时所预期的应力水平，加速应力会导致在实际使用中不可能出现的错误的失效机理。例如，将受试产品的温度升高到超过材料性能改变的温度点或者休眠激活门限温度时，就会导致在正常使用中不会发生的失效的发生。在这种情况下，解决这种失效只会增加产品的费用，可靠性却不会有丝毫的提高。理解真正的失效机理来消除失效的根本原因才是极为重要的。
