元件的可靠性试验

      元件的可靠性试验是取得可靠性数据的主要手段,也是对元件作出可靠性估计的依据，影响元件可靠性的因素很多:广义的外部应力(如电应力:电流、电乐、电功率;环境应力:温度湿度低气压辐射等;机械应力:振动冲击、加速度等)都会使元件的性能和寿命受到影响。所以，可靠性试验的目的是模拟各种外部应力的综合作用,以获得符合实际的失效率数据和分析各种应力对元件性能及寿命的影响特征和程度,从而对失效机理作出符合实际的分析。据此，可靠性试验大致可分为寿命试验和环境试验两大类。简要介绍如下。

      寿命试验是对已经认定合格的元件在-定的电压和温度的条件下进行长期试验,测定与试验时间对应的元件累积失效率(通常以百分率表示)并作图得出元件的失效特性曲线(即失效分布曲线，见图2.29)。其中对应于试验时间T1,元件累积失效百分率明显上升(此时元件大量失效),T1即为这批元件的有效工作时间;与元件破坏50%所对应的试验时间2即为该批元件的平均寿命时间，通常用来比较各类元件或生产线上不同批次元件的相对质量。进行寿命试验需要相当长的时间[如失效率为100菲特(即0.01%每千小时)的元件在一千万个元件小时内有一支失效]，因此采取加速寿命试验的方法来缩短试验时间。流

      加速寿命试验是对为数有限的试样，施加高于正常应力的条件下进行的寿命试验使元件加速失效,从而在较短的时间内获得所需要的可靠性数据,由此推算出工作条件下的元件失效率。;

    试验表明:试验温度一定时 ,元件的寿命(t)与外加电场( E)间的关系为

     式中A为与元件类型有关的常数,n为老化速度特性指数。由此可见,若在各组元件上施加额定场强(或电压)的不同倍数的场强(或电压)并测出各组元件的寿命时间,用lgE(或lgU)对lgt作图可得一直线(见图2.31)。则可根据要求的加速程度，由图(2.31)来求取直线的斜率(n),即老化速度指数，截距IgA1,再由n、lgA1来选定施加场强(或电压)的倍数。另外，亦可由加速寿命试验所得到的寿命时间通过式(2.50)来推算额定工作电压下元件的寿命。即



      实验表明:不同介质类型电容器的n取值范围为0.1~0.5。通常用m=1/n来表征老化性能特征:浸溃纸的m为4~6;含钛陶瓷的m为8~9。如若U加=2U额，则对于纸介或含钛陶瓷电容器,每试验1小时，分别等于工作电压下32小时和512小时的效果，使试验时间大缩短。

      在提高电压进行加速寿命试验时，应根据电容器类型选择适当的倍数，以不超出其极限能力而避免造成破坏。如对于纸介电容，般取U为(1.2 ~ 2)U,最大不超过3-4倍。
 
      当工作场强一定时，试验温度与电解性老化引起的寿命时间的关系符合指数关系。即


      式中T1、T2 分别为相同场强条件下,与试验温度t1、t2 所对应的寿命时间，β为与介质类型有关的系数。在某些类型电容器中,可用式(2.52)所示的经验公式,式中τ1\τ2 的意义同式(2. 30),K为某类电容器的温度加速系数。与下式
 
      相比,K= lg(2/β)。可以通过测定在不同温度下若千组试样的寿命时间，据式(2.51)作寿命时间与温度的关系图，图中直线的斜率即为β,由此可求取K值。K值通常随试验电压升高而增大,对于纸电容β=0.03,这时K= 10%，即当温度每升高10C ,温升后的寿命将缩短-半。

      用与电压加速寿命试验相仿的原理，可根据要求的加速程度,由lgt~t的直线关系来选定温升要求,也可由温度加速寿命试验求得的寿命时间来推算额定温度条件下的元件寿命。

      若同时提高电压和温度来进行加速寿命试验，则元件寿命时间与试验电压、温度间的关系如图2.32所示。符合下式所表示的特征:
   
  式中τ、tr分别为1、U及t2、U2时的寿命时间。
   
  由图2.32可见:在温度h下将试验电压从U提高到U2，试验时间可从τ下降到T2,若温度上升到n则试验时间由T2缩短至r3,从而大大缩短了试验时间。