常用三種加速老化測試模型資料講解

1、常用三種加速老化測試模型在環(huán)境模擬試驗中，常常會遇到這樣一個問題：產(chǎn)品在可控的試驗箱環(huán)境中測 試若干小時相當于產(chǎn)品在實際使用條件下使用多長時間？這是一個亟待解決的 問題，因為它的意義不僅僅在于極大地降低了成本，造成不必要的浪費，也讓 測試變得更具目的性和針對性，有利于測試人員對全局的掌控，合理進行資源 配置。在眾多的環(huán)境模擬試驗中，溫度、濕度最為常見，同時也是使用頻率最 高的模擬環(huán)境因子。實際環(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出的加速模型在所有的 老化測試加速模型中占有較大的比重。由于側(cè)重點的不同，推導出的加速模型 也不一樣。下面，

2、本文將解讀三個極具代表性的加速模型。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主要因素時，采 用單純考慮熱加速因子效應(yīng)而推導出的阿倫紐斯模型來描述測試，其預(yù)估到的 結(jié)果會更接近真實值，模擬試驗的效果會更好。此時，阿倫紐斯模型的表達式 為：AF=exp(E/k)(1/Tu)-(1/Tt)式中：AF是加速因子；E是析出故障的耗費能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣 的。一般來說，激活能的值在0.3ev1.2ev之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為8.617385X 10-5；T是使用條件下(非加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫

3、度值是絕對溫度 值，以KU開爾文)作單位；T是測試條件下(加速狀態(tài)下)的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值， 以K(開爾文)作單位。案例：某一客戶需要對產(chǎn)品做105C的高溫測試。據(jù)以往的測試經(jīng)驗， 此種產(chǎn)品的激活能E取0.68最佳。對產(chǎn)品的使用壽命要求是10年，現(xiàn)可供測 試的樣品有5個。若1同時對5個樣品進行測試，需測試多長時間才能滿足客戶 要求？已知的信息有T，使用的溫度取25C，則先算出加速因子AF：AF=exp(0.68/(8.617385X 10-5)-1/(273+25)- 1/(273+105)】最終.AF271.9518又知其目標使用壽命：L 目標=10years=10X365X2

4、4h=87600h故即可算出：L 測試二 L 目標/AF=87600/271.9518h=322.1159he323h現(xiàn)在5個樣品同時進行測試，則測試時長為：L最終二323/5h=65h這即是說明，若客戶用5個產(chǎn)品同時在105C高溫下測試65h后產(chǎn)品未 發(fā)生故障，則說明產(chǎn)品的使用壽命已達到要求。通過這個案例可以看出，利用阿倫紐斯模型可以提前預(yù)估測試的相關(guān)信 息，指導客戶該怎樣進行測試才既能達到目標值而又最大限度的降低成本。本 案例中，若客戶急需測試結(jié)果，那么可以投入10個或者更多的樣品來縮短整 個測試時長；或者在允許的情況下進一步提高溫度，加快完成測試。根據(jù)需求 靈活的調(diào)整測試方案，這才能更完

5、美地達到目標，提高工作效率，省去一些不 必要的費用。模型二.綜合溫度及濕度因素的阿倫紐斯模型(Arrhenius Mode With Humidity)綜合溫度及濕度因素的阿倫紐斯模型的表達式為：AF=exp(E/k)*(1/T)-(1/T) + (RH-n-RH-n)auttu式中：AF是加速因子；E是析出故障的耗費能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣 的。一般來說，激活能的值在0.3ev1.2ev之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為8.617385X 10-5；T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溫度 值，以K（開爾文）作單位；T是測試條件下（加速條件下）的溫度值。此

6、處的溫度值是絕對溫度值， 以K（開爾文）作單位；RHu是使用條件下（非加速狀態(tài)下）的相對濕度值；RHt是測試條件下（加速狀態(tài)下）的相對濕度值。模型二可以說是模型一的拓展，它只是在模型一的基礎(chǔ)上簡單地添加了 濕度這一影響因素。長期以來的測試經(jīng)驗表明，用模型二來解釋某些情況下濕 度對加速測試的影響并不準確。所以，一種更為準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 準確的描述在溫濕度條件下進行的老化測試，其表達式為：AF=（R

7、H/RH）3exp（E/k）（1/T）-（1/T） t uaut式中：AF是加速因子；E是析出故障的耗費能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣 的。一般來說，激活能的值在0.3ev1.2ev之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為8.617385X 10-5；T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溫度 值，以KU開爾文）作單位；T是測試條件下（加速條件下）的溫度值。此處的溫度值是絕對溫度值， 以K（開爾文）作單位；RHu是使用條件下（非加速狀態(tài)下）的相對濕度值；RHt是測試條件下（加速狀態(tài)下）的相對濕度值。案例：某一半導體元件生產(chǎn)廠家，經(jīng)過長期研究開發(fā)出一款新產(chǎn)品。初 步將新產(chǎn)品

8、的MTBF定為20年。新產(chǎn)品日常的使用環(huán)境為45C，25%RH。為了 驗證其使用壽命是否達到要求，廠家要把新產(chǎn)品置于85C，85%RH的高溫高濕 條件下做加速測試。現(xiàn)客戶共有3款新產(chǎn)品，僅2款可用于測試，剩余一款作 為其余兩款試驗后對比之用。廠家現(xiàn)在希望能最快地完成測試，得到相關(guān)結(jié) 果，那這一最快時間是多少？現(xiàn)在，采用Hallberg-Peck模型來解答這一問題。已知：RH=85%，RH=25%，T=85C，T=45C，E=1.0(按類似產(chǎn)品的經(jīng)驗值)tutua則有：AF=(85%/25%)3exp1/(8.617385X 10-5)【1/(273+45)-1/(273+85)】最終：AF=2

9、318.42204又知其目標使用壽命：MTBF 目標=20years=20X365X24h=175200h故即可算出測試時長：T 測二 MTBF 目標/AF=175200/2318.42204h=75.5686he76h現(xiàn)在最多只能用2個產(chǎn)品同時進行測試，則測試時長為：T最終=76/2h=38h這即是說明，若客戶想得到最快的測試結(jié)果需同時用2個產(chǎn)品進行 85C，85%RH的高溫高濕測試38h，若之后產(chǎn)品未發(fā)生故障，則可說明其MTBF 已達目標。綜合以上三個模型可以看出，他們都有一些共通的參數(shù)，如E、k、 T、T，其中k是一恒量，其值始終不會變，變化的是E、T、T，T和T是人 為設(shè)定的，它的變化

10、有很強的隨機性。而E則不同，它是析出故障所耗費的能 量，當故障具體到某一種特定類型時，其值1會在很小的范圍內(nèi)產(chǎn)生波動，幾乎 可認為不變。以下是一些常見故障的Ea值：氧化膜破壞： 0.3ev離子性(Si02中Na離子漂移)1.0-1.4ev離子性(Si-SiO2界面的慢陷阱)1.0ev電遷移造成短路或開路0.6ev0.6-鋁腐蝕0.9ev金屬間化合物生長 0.5-0.7ev另外，GR-468標準中還推薦了一部分Ea值以供選取。不過，選擇E值 的最佳方法就是從產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)庫得出。這樣得出的值更真實準確，比一些 推薦值更具說服力。通過這三個模型可以看到，在進行以溫濕度為主的測試時，需先對產(chǎn)品 所處的使用環(huán)境有個徹底詳盡的了解，然后確定何為主要環(huán)境因素，繼而確定 相應(yīng)的加