2.6 環境可靠度試驗
2.6.1 加速壽命試驗
一般執行壽命試驗之目的在評估產品於既定環境下之使用壽命，耗時較久，且須投 入大量的金錢。因此，如何在實驗室中以加速壽命試驗(Accelerated Life Test, ALT)的方 法，在可接受的試驗時間內評估產品的使用壽命，便成為可靠度試驗中相當重要的一環。
基本上，加速壽命試驗是在物理與時間上，加速產品的劣化，以較短的時間試驗，
並據以推定產品在正常使用狀態的壽命或失效率。加速壽命試驗之基本條件是不能破壞 原有特性，要儘量選擇失效機構(Failure Mechanism)不變化的試驗條件，或失效機構容 易單純化的試驗條件，使加速壽命試驗結果之適用範圍明確化。
一般來說，加速壽命試驗考慮的三個要素為「環境應力」、「試驗樣本數」及「試驗 時間」。假如產品既複雜又昂貴，則樣本數將較少，相對的須增加試驗時間或環境應力，
以加速其試驗；反之如果產品造價較便宜，欲縮短試驗時間的情況下，可考慮增加樣本 數或環境應力。加速壽命試驗下的失效模式，必須與正常操作環境下之壽命試驗相同，
其試驗結果才有意義。
其試驗結果才有意義。
加速壽命試驗最重要的是如何掌握其加速因子(Accelerated Factor)，假使相同產品，
做二種不同應力(加速)條件的試驗，其結果可得二個不同的特徵壽命η1(設為低應力試 驗條件)及η2(設為高應力條件)，則η1/η2即為加速因子，也就是高、低應力間相對的加 速程度，圖2.2 為此種加速觀念的示意圖。在相同產品老化程度下，兩種試驗時間顯然 不同，由圖2.2 所得t1/t2值即為加速因子Aη [7,24,28]。
加速壽命試驗最重要的是如何掌握其加速因子(Accelerated Factor)，假使相同產品，
做二種不同應力(加速)條件的試驗，其結果可得二個不同的特徵壽命η1(設為低應力試 加速因素，在此條件下可採用阿式(Arrhenius)模式來建立產品的加速壽命試驗模式[7]。
常見的加速因素有溫度、電壓或濕度等，也有其對應的數學模式。對一般電子零件 的可靠度模式及加速模式可以從美軍規範或相關文獻查得，但由各種不同零件組合之產 品，其失效模式則較為複雜。通常為簡化模式，可以假設溫度(外加應力)是產品唯一的 加速因素，在此條件下可採用阿式(Arrhenius)模式來建立產品的加速壽命試驗模式[7]。
在規劃加速壽命試驗時須綜合考慮下列問題，才能選定適用的加速壽命試驗條件與
同的關係，故在加速壽命試驗規劃之初，就應該注意到此種應力加速適用範圍的問題。
－可在若干不同的試驗方法及不同的失效研判基準之中，選用加速因子較大的方法，以 較短試驗時間評估壽命的效用。
－產品在實地使用狀況下，應力的變動大，失效發生的條件亦可因使用者不同而異；或 即使是反應機構相同的失效，分散亦頗不均勻，因此利用實驗數據推定實際使用壽命 時，應儘量指定累積失效率加以推定，以避免因數據不充足造成錯誤的研判。
在一般較常引用的定應力加速壽命試驗係採用加重工作應力或環境應力，短時間內 造成強制劣化效果的試驗方法，所施加之應力水準通常保持固定，常見的定應力加速壽 命試驗模式有阿式(Arrhenius)、Eyring、反乘冪法則(Inverse power law)、振動效應、複 合(Combined)等[7]。
最常被引用的是阿式加速壽命試驗模式，其所考慮的環境應力為溫度，且失效時間 符合指數分佈，一般而言，電子、資訊類產品可適用此模式。
阿式加速壽命試驗模式的數學式說明如下[7,28]：
假設產品在正常操作狀態之壽命及溫度分別為ηn及Tn；加速壽命試驗狀態之壽命及 溫度分別為ηa及Ta，則Arrhenius模式成立時之加速因子(Aη)為
Aη = ηn /ηa = e (Ea/K)(1/Tn -1/Ta) (2.4) Ea：活化能(Activation Energy)，單位為 eV(Electron-Volts)
K：Boltzmann常數(=8.617×10-5 eV/°K) Tn：正常操作狀況下環境溫度(°K) Ta：加速壽命試驗之溫度(°K)
求出加速因子後，再加入考量樣品數量與可允許之失效數，可得到產品最終之失效 率或平均失效時間(MTBF)，其數學式為[28]：
λ = 109×［(X2(90%,2d+2)) / (2(n-d)( Aη)(Stress-hours))］ (2.5)
MTBF = 1 /λ (2.6)
λ：失效率(Failure in 109 operating hours)
MTBF：平均失效時間(Mean Time Between Failure)
X2(90%,2d+2)：Chi Squared confidence limit and degrees of freedom d：失效數(Number of defective product found)
n：試驗樣品數(Total number of product tested) Stress-hours：試驗時間(小時)
在阿式(Arrhenius)模式中活化能假設值通常是造成與實際誤差的主要原因，若活化 能差距過大，預估之加速因子差異會更大。一般就電子產品而言，不同的失效機構有其 相對應的活化能；以IC 零件為例，在早夭期失效之活化能約在 0.2～0.4 eV 之間，正常 狀年期失效之活化能趨近於1.0 eV，而磨耗期失效之活化能將大於 1.0 eV [7]。