醫(yī)療器械IEC62506產(chǎn)品加速壽命試驗
定義
試驗目的
評估產(chǎn)品可靠性:在短時間內(nèi)預估產(chǎn)品在正常使用條件下的壽命。例如,對于一款電子元器件,如果在正常溫度(如 25℃)和正常電壓下可能需要幾年甚至幾十年才會出現(xiàn)故障,通過加速壽命試驗,在高溫(如 100℃)和高電壓等加速應力條件下,可以更快地觀察到其失效模式,從而評估它在正常條件下的可靠性。
篩選設(shè)計缺陷:幫助制造商在產(chǎn)品研發(fā)階段快速發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)。例如,在加速機械振動試驗中,如果產(chǎn)品的某個部件容易松動或損壞,就可以及時對設(shè)計進行改進,避免在實際使用中出現(xiàn)問題。
優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量:通過不同的加速試驗條件組合,可以確定產(chǎn)品的最佳設(shè)計參數(shù)和材料選擇。比如,比較不同材料在加速老化試驗中的性能,選擇性能更優(yōu)的材料來提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命。
試驗方法
加速模型:常用的加速模型有阿累尼烏斯模型(適用于溫度加速)、逆冪律模型(適用于電應力、機械應力等)、艾林(Eyring)模型(綜合考慮溫度和其他應力)等。以阿累尼烏斯模型為例,其表達式為,其中是產(chǎn)品壽命,是常數(shù),是激活能(與產(chǎn)品材料和失效機制有關(guān)),是玻爾茲曼常數(shù),是絕對溫度。通過在不同溫度下進行試驗獲取數(shù)據(jù),就可以擬合出這個模型,進而推算產(chǎn)品在正常溫度下的壽命。
樣本數(shù)量確定:要根據(jù)試驗的精度要求、產(chǎn)品的成本和可靠性目標等來確定合適的樣本數(shù)量。如果樣本數(shù)量過少,可能無法準確反映產(chǎn)品的真實性能和失效分布;樣本數(shù)量過多,則會增加試驗成本和時間。一般可以采用統(tǒng)計抽樣方法,如根據(jù)產(chǎn)品批量大小、預期的失效率等因素,利用二項分布、泊松分布等統(tǒng)計規(guī)律來確定樣本量。
溫度應力:這是最常見的加速應力之一。根據(jù)阿累尼烏斯(Arrhenius)方程,化學反應速率(與產(chǎn)品老化和失效有關(guān))與溫度呈指數(shù)關(guān)系。一般來說,溫度每升高 10℃,化學反應速率大約會加快 2 - 4 倍。例如,在對電子產(chǎn)品的加速壽命試驗中,通過將環(huán)境溫度從正常的 25℃提高到 85℃甚至更高,可以加速電子元件的老化過程。
濕度應力:對于一些對濕度敏感的產(chǎn)品,如電子產(chǎn)品的電路板、塑料外殼等,高濕度環(huán)境會加速腐蝕、短路等失效模式的發(fā)生。通常采用恒溫恒濕箱來設(shè)置不同的濕度水平,如從正常環(huán)境濕度(如 40 - 60% RH)提高到 90% RH 以上進行試驗。
電應力:對于電子設(shè)備,增加電壓或電流等電應力可以加速絕緣材料的擊穿、半導體器件的性能退化等失效過程。例如,對電容器進行加速壽命試驗時,可以施加高于額定電壓的測試電壓來觀察其失效時間。
機械應力:包括振動、沖擊、拉伸等應力。對于機械產(chǎn)品或帶有機械部件的產(chǎn)品(如汽車零部件、手機按鍵等),通過增加振動頻率和幅度或沖擊強度來加速疲勞破壞、磨損等失效模式。
試驗步驟
標準的應用和重要性