MTBF（平均故障間隔時間）加速模型是通過施加更高強度的環(huán)境應(yīng)力（如溫度、電壓、濕度等），在短時間內(nèi)模擬產(chǎn)品長期使用中的失效行為，
從而快速評估其可靠性的數(shù)學(xué)工具。以下從模型分類、適用場景、選擇依據(jù)及工具支持等方面進行綜合解析：
MTBF加速模型分類及具體展開
1. 溫度模型
阿倫尼斯模型（Arrhenius Model）
公式：
：激活能（eV），需通過實驗或文獻(xiàn)確定（如硅器件 ）。
：絕對溫度（Kelvin），加速試驗中常選取高溫（如125℃）與常溫（如25℃）對比。
應(yīng)用步驟：
在高溫 和 下進行壽命試驗，記錄失效時間 。
計算加速因子 。
推算常溫壽命：。
科芬-曼森模型（Coffin-Manson Model）
公式：
：溫度變化幅度（如-40℃至85℃）， 為材料常數(shù)（焊點通常 ）。
應(yīng)用步驟：
設(shè)定溫度循環(huán)條件（如循環(huán)次數(shù)、速率）。
通過加速試驗得出失效循環(huán)次數(shù) 。
外推實際使用條件下的壽命（如汽車電子溫度循環(huán)次數(shù)）。
2. 電壓/電流模型
逆冪律模型（Inverse Power Law）
公式：
：施加電壓（如額定電壓的1.5倍）， 為電壓敏感因子（需通過實驗擬合）。
應(yīng)用步驟：
在多個電壓水平（如12V, 15V, 18V）下測試失效時間。
擬合 值（對數(shù)坐標(biāo)下斜率）。
通過加速因子 計算實際壽命。
3. 濕度模型
勞森模型（Lawson Model）
公式：
：相對濕度（如85%加速條件 vs. 40%使用條件）。
應(yīng)用步驟：
在高溫高濕（如85℃/85%RH）下測試。
分離溫濕度影響，分別計算加速因子后疊加。
4. 綜合應(yīng)力模型
艾琳模型（Eyring Model）
公式：
：非熱應(yīng)力（如電壓、振動）。
應(yīng)用步驟：
設(shè)計多應(yīng)力組合試驗（如溫度+電壓+濕度）。
通過正交實驗法確定各應(yīng)力對壽命的影響權(quán)重。
關(guān)鍵參數(shù)獲取方法
激活能 ：
通過不同溫度下的失效數(shù)據(jù)擬合阿倫尼斯曲線斜率。
行業(yè)經(jīng)驗值（如電解電容 ）。
電壓敏感因子 ：
在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，壽命與電壓的線性斜率即為 。
試驗設(shè)計實例
案例：電源模塊MTBF評估（逆冪律模型）
加速條件：
額定電壓 ，測試電壓 。
試驗數(shù)據(jù)：
在36V下，平均失效時間 。
擬合 。
計算：
。
。
模型驗證與誤差控制
一致性檢驗：
對比加速試驗與實際使用失效模式（如SEM分析焊點裂紋）。
置信區(qū)間修正：
使用威布爾分布或?qū)?shù)正態(tài)分布計算MTBF的90%置信下限。
工具操作示例
加速模型速算工具（以阿倫尼斯模型為例）
輸入?yún)?shù)：，，。
自動計算：
。
輸出：加速42倍，1000小時測試等效于4.2年實際壽命。
注意事項
失效機制偏移：避免過度加速導(dǎo)致新的失效模式（如高溫下材料熔化）。
環(huán)境相關(guān)性：若實際環(huán)境含振動/粉塵，需補充其他模型（如振動疲勞模型）。
通過具體參數(shù)、試驗步驟和案例展開，可精準(zhǔn)量化產(chǎn)品可靠性并優(yōu)化驗證流程。