常用三種加速老化測(cè)試模型

1、在環(huán)境模擬試驗(yàn)中， 常常會(huì)遇到這樣一個(gè)問(wèn)題： 產(chǎn)品在可控的試驗(yàn)箱環(huán)境中測(cè)試若干小時(shí)相當(dāng)于產(chǎn)品在實(shí)際使用條件下使用多長(zhǎng) 時(shí)間這是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題， 因?yàn)樗囊饬x不僅僅在于極大地降低了成本， 造成不必要的浪費(fèi)， 也讓測(cè)試變得更具目的性和針對(duì)性， 有利于測(cè)試人員對(duì)全局的掌控， 合理進(jìn)行資源配置。在眾多的環(huán)境模擬試驗(yàn)中，溫度、濕度最為常見(jiàn)，同時(shí)也是使用頻率最高的模擬環(huán)境因子。 實(shí)際環(huán)境中溫度、 濕度也是不可忽略的影響產(chǎn)品使用壽命的因素。所以， 迄今將溫度、濕度納入考量范圍所推導(dǎo)出的加速模型在所有的老化測(cè)試加速模型中占有較大的比重。由于側(cè)重點(diǎn)的不同，推導(dǎo)出的加速模型也不一樣。下面，本文將解讀三個(gè)極具代

2、表性的加速模型。模型一只考慮熱加速因子的阿倫紐斯模型( Arrhenius Mode)某一環(huán)境下，溫度成為影響產(chǎn)品老化及使用壽命的絕對(duì)主要因素時(shí)，采用單純考慮熱加速因子效應(yīng)而推導(dǎo)出的阿倫紐斯模型來(lái)描述測(cè)試， 其預(yù)估到的結(jié)果會(huì)更接近真實(shí)值，模擬試驗(yàn)的效果會(huì)更好。此時(shí)，阿倫紐斯模型的表達(dá)式為：AF=exp(Ea/k) - (1/T u)-(1/T t)式中：AF 是加速因子；Ea 是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱(chēng)激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，激活能的值在之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為xi(5；Tu是使用條件下(非加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K仟爾文)作單位；Tt是測(cè)

3、試條件下(加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K(開(kāi)爾文 )作單位。案例：某一客戶需要對(duì)產(chǎn)品做105 的高溫測(cè)試。據(jù)以往的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，此種產(chǎn)品的激活能Ea取最佳。對(duì)產(chǎn)品的使用壽命要求是10年，現(xiàn)可供測(cè)試的樣品有5個(gè)。若同時(shí)對(duì)5 個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，需測(cè)試多長(zhǎng)時(shí)間才能滿足客戶要求已知的信息有Tt、Ea,使用的溫度取25C,則先算出加速因子AF:AF=exp X-50【1/(273+25)- 1/(273+105)】最終：AK又知其目標(biāo)使用壽命：L 目標(biāo)=10years=10 x 365X 24h=87600h故即可算出 ：L 測(cè)試二 L 目標(biāo)/AF=87600/=弋 323h現(xiàn)在 5 個(gè)

4、樣品同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，則測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為：L 最終 =323/5h=65h這即是說(shuō)明， 若客戶用 5 個(gè)產(chǎn)品同時(shí)在105 高溫下測(cè)試65h 后產(chǎn)品未發(fā)生故障，則說(shuō)明產(chǎn)品的使用壽命已達(dá)到要求。通過(guò)這個(gè)案例可以看出，利用阿倫紐斯模型可以提前預(yù)估測(cè)試的相關(guān)信息，指導(dǎo)客戶該怎樣進(jìn)行測(cè)試才既能達(dá)到目標(biāo)值而又最大限度的降低成本。本案例中， 若客戶 急需測(cè)試結(jié)果， 那么可以投入 10 個(gè)或者更多的樣品來(lái)縮短整個(gè)測(cè)試時(shí)長(zhǎng)； 或者在允許的情況下進(jìn)一步提高溫度， 加快完成測(cè)試。 根據(jù)需求靈活的調(diào)整測(cè)試方案，這才能更完美地達(dá)到目標(biāo)，提高工作效率，省去一些不必要的費(fèi)用。模型二綜合溫度及濕度因素的阿倫紐斯模型( Arrheniu

5、s Mode With Humidity )綜合溫度及濕度因素的阿倫紐斯模型的表達(dá)式為：AF=exp(E/k) (1/Tu)-(1/Tt)+(RH"-RH/n)式中：AF 是加速因子；Ea 是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱(chēng)激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，激活能的值在之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為xi(5；Tu是使用條件下(非加速條件下)的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K仟爾文)作單位；Tt是測(cè)試條件下（加速條件下）的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K（開(kāi)爾文 ）作單位；RHu 是使用條件下（非加速狀態(tài)下）的相對(duì)濕度值；RHt 是測(cè)試條件下（加速狀態(tài)下）的相對(duì)濕度值。

6、模型二可以說(shuō)是模型一的拓展，它只是在模型一的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單地添加了濕度這一影響因素。 長(zhǎng)期以來(lái)的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)表明， 用模型二來(lái)解釋某些情況下濕度對(duì)加速測(cè)試的 影響并不準(zhǔn)確。所以，一種更為準(zhǔn)確的綜合考慮溫濕度影響的模型將被提出，這即是下文將介紹的另外一種模型一Hallberg-Peck模型。模型三.Hallberg-Peck模型Hallberg-Peck模型綜合考慮了溫度、濕度影響，它相比于模型二更能準(zhǔn)確的描 述在溫濕度條件下進(jìn)行的老化測(cè)試，其表達(dá)式為：AF=（RH/RHu）3 exp（E/k） （1/Tu）-（1/Tt）式中：AF 是加速因子；Ea 是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱(chēng)激活能。不同產(chǎn)品的激活能是

7、不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，激活能的值在之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為xi（5；Tu是使用條件下（非加速條件下）的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以 K仟爾文）作單位；Tt是測(cè)試條件下（加速條件下）的溫度值。此處的溫度值是絕對(duì)溫度值，以K（開(kāi)爾文 ）作單位；RHu 是使用條件下（非加速狀態(tài)下）的相對(duì)濕度值；RHt 是測(cè)試條件下（加速狀態(tài)下）的相對(duì)濕度值。案例：某一半導(dǎo)體元件生產(chǎn)廠家，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究開(kāi)發(fā)出一款新產(chǎn)品。初步將新產(chǎn)品的MTBF定為20年。新產(chǎn)品日常的使用環(huán)境為45C ,25%RH為了驗(yàn)證 其 使用壽命是否達(dá)到要求，廠家要把新產(chǎn)品置于85C, 85%RH的高溫高濕條件下做加速測(cè)試。 現(xiàn)客戶共有

8、3 款新產(chǎn)品， 僅 2 款可用于測(cè)試， 剩余一款作為其余兩款試驗(yàn)后對(duì)比之用。 廠家現(xiàn)在希望能最快地完成測(cè)試， 得到相關(guān)結(jié)果， 那這一最 快時(shí)間是多少現(xiàn)在，采用Hallberg-Peck模型來(lái)解答這一問(wèn)題。已知：RH=85%, RH=25%, Tt=85C , Tu=45C , b=(按類(lèi)似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)值)則有：AF=(85%/25%3exp1/ X-1)0【1/(273+45)- 1/(273+85)】最終：AF=又知其目標(biāo)使用壽命：MTBF 目標(biāo)=20years=20 乂 365x 24h=175200h故即可算出測(cè)試時(shí)長(zhǎng)：丁測(cè)=MTBF 目標(biāo)/AF=175200/=弋 76h現(xiàn)在最多只能用

9、2 個(gè)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，則測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為：T 最終 =76/2h=38h這即是說(shuō)明，若客戶想得到最快的測(cè)試結(jié)果需同時(shí)用 2 個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行85 ，85%RH的高溫高濕測(cè)試38h,若之后產(chǎn)品未發(fā)生故障，則可說(shuō)明其 MTBF已達(dá)目 標(biāo)。綜合以上三個(gè)模型可以看出，他們都有一些共通的參數(shù)，如Ea、 k、 Tu 、 Tt ，其中k是一恒量，其值始終不會(huì)變，變化的是Ea、Tu、Tt, Tu和Tt是人為設(shè)定的， 它的變化有很強(qiáng)的隨機(jī)性。而Ea 則不同，它是析出故障所耗費(fèi)的能量，當(dāng)故障具體到某一種特定類(lèi)型時(shí)，其值會(huì)在很小的范圍內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)，幾乎可認(rèn)為不變。以下是一些常見(jiàn)故障的Ea 值：氧化膜破壞：離子性(Si02中Na離子漂移)離子性(Si-SiO2界面的慢陷阱)電遷移造成短路或開(kāi)路鋁腐蝕金屬間化合物生長(zhǎng)另外，GR-468標(biāo)準(zhǔn)中還推薦了一部分Ea值以供選取。不過(guò)，選if¥ Ea值的最佳方法就是 從產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)得出。 這樣得出的值更真實(shí)準(zhǔn)確， 比一些推薦值更具說(shuō)服力。通過(guò)這三個(gè)模型可以看到，在進(jìn)行以溫濕度為主的測(cè)試時(shí)，需先對(duì)產(chǎn)品所處 的使用環(huán)境有個(gè)徹底詳盡的了解，然后確定何為主要環(huán)境因素，繼而確定相應(yīng)的 加速測(cè)試模型，在