在競爭激烈的現(xiàn)代制造業(yè)中，產(chǎn)品開發(fā)周期不斷壓縮，但對長期可靠性的要求卻日益嚴苛。無論是消費電子、新能源汽車、醫(yī)療器械，還是戶外基礎(chǔ)設(shè)施，產(chǎn)品都需在數(shù)年甚至數(shù)十年內(nèi)穩(wěn)定運行。然而，等待自然老化過程完成顯然不現(xiàn)實。為此，加速老化可靠性測試（Accelerated Aging Reliability Testing） 應(yīng)運而生——通過施加高于正常使用水平的溫度、濕度、光照、電應(yīng)力、機械載荷等單一或復合應(yīng)力，在較短時間內(nèi)激發(fā)產(chǎn)品潛在失效模式，從而快速驗證其耐久性能與壽命邊界。

尤其在復雜服役環(huán)境中，單一應(yīng)力往往無法真實復現(xiàn)實際退化機制。因此，多應(yīng)力疊加的加速老化測試正成為高可靠性產(chǎn)品驗證的核心手段。

一、加速老化的基本原理

加速老化的理論基礎(chǔ)源于失效物理（Physics of Failure, PoF） 與阿倫尼烏斯（Arrhenius）、艾林（Eyring）、逆冪律（Inverse Power Law）等加速模型。其核心思想是：

在不改變失效機理的前提下，提高環(huán)境應(yīng)力可顯著縮短失效時間。

例如：

• 溫度每升高10°C，化學反應(yīng)速率約提升2倍（Q10規(guī)則）；

• 濕度加速水解、離子遷移和電化學腐蝕；

• 紫外輻射引發(fā)高分子鏈斷裂與黃變；

• 交變熱應(yīng)力誘發(fā)焊點疲勞與界面分層。

關(guān)鍵前提是：加速條件不能引入非真實的失效模式，否則測試結(jié)果將失去工程意義。

二、多應(yīng)力疊加：更貼近真實工況的測試策略

實際使用中，產(chǎn)品往往同時暴露于多種環(huán)境應(yīng)力之下。例如：

• 戶外光伏組件：高溫 + 高濕 + 紫外 + 風載；

• 車載電子控制單元（ECU）：溫度循環(huán) + 振動 + 電源波動 + 濕氣侵入；

• 醫(yī)用植入器械：體液浸泡 + 動態(tài)載荷 + 氧化環(huán)境。

因此，單一應(yīng)力加速測試（如僅高溫老化）可能遺漏關(guān)鍵失效路徑。多應(yīng)力疊加測試通過協(xié)同作用，更高效地暴露薄弱環(huán)節(jié)：

三、典型多應(yīng)力加速老化測試方法

1. 溫濕度偏壓測試（THB / HAST）

• THB（Temperature-Humidity-Bias）：85°C / 85% RH + 施加工作電壓，用于評估IC封裝或PCB的抗電化學遷移能力；

• HAST（Highly Accelerated Stress Test）：130°C / 85% RH / 2 atm，大幅縮短測試時間（96小時 ≈ THB 1000小時）。

2. 綜合環(huán)境可靠性試驗箱（Combined Environmental Test Chamber）

集成溫度、濕度、光照、鹽霧、低氣壓等多種模塊，可編程實現(xiàn)復雜應(yīng)力序列，如：

“高溫高濕保持 → 快速降溫 → 冷凝 → 鹽霧噴淋 → 干燥” 循環(huán)，模擬沿海工業(yè)區(qū)全年氣候。

3. HALT（高加速壽命試驗）與 HASS（高加速應(yīng)力篩選）

• HALT：在研發(fā)階段施加極限溫變（±100°C/min）、六自由度隨機振動等破壞性應(yīng)力，快速暴露設(shè)計缺陷；

• HASS：在生產(chǎn)階段使用略低于HALT極限的應(yīng)力進行100%篩選，剔除早期失效品。

4. QUV + 冷凝 + 噴淋循環(huán)（ASTM G154）

用于高分子材料，模擬日間UV照射與夜間冷凝濕氣交替作用，比單純UV老化更真實。

四、測試設(shè)計與數(shù)據(jù)分析要點

1. 明確失效機理：基于產(chǎn)品材料、結(jié)構(gòu)和使用場景，預判主導老化機制；

2. 選擇合理加速因子：避免過度加速導致非相關(guān)失效（如高溫使塑料熔融而非老化）；

3. 設(shè)置對照組與中間觀測點：定期取樣檢測性能衰減（如拉伸強度、絕緣電阻、色差）；

4. 結(jié)合失效分析（FA）：利用SEM、EDS、FTIR等手段確認失效是否與實際一致；

5. 建立壽命預測模型：通過多級應(yīng)力測試數(shù)據(jù)擬合加速方程，外推正常條件下的MTBF（平均無故障時間）。

結(jié)語

加速老化可靠性測試，尤其是多應(yīng)力疊加模式，已成為現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)不可或缺的“時間壓縮器”與“風險探測器”。它不僅縮短驗證周期、降低上市風險，更通過深度暴露材料與結(jié)構(gòu)的極限邊界，推動設(shè)計優(yōu)化與技術(shù)創(chuàng)新。在追求高可靠、長壽命、快迭代的時代，科學、嚴謹、貼近實際的加速老化策略，將是企業(yè)核心競爭力的重要組成部分。