常用三種加速老化測試模型

1、在環(huán)境模擬試驗(yàn)中，常常會(huì)遇到這樣一個(gè)問題：產(chǎn)品在可控的試驗(yàn)箱環(huán)境中 測試若干小時(shí)相當(dāng)于產(chǎn)品在實(shí)際使用條件下使用多長時(shí)間這是一個(gè)亟待解 決的問題，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(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，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)極具代表性的

2、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(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描述測試，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/Tu)-(1/T式中：E是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。a一般來說，激活能的值在、之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為X10-5；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溫度值， 以K（開爾文）作單位；Tt是測試條件下（加速狀態(tài)下）的溫度

3、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(yàn)，此種 產(chǎn)品的激活能Ea取最佳。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(gè)。若同時(shí)對5個(gè)樣品進(jìn)行測試，需測試多長時(shí)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=expX10-5）【1/（273+25）- 1/（273+105）】最終：AF又知其目標(biāo)使用壽命：L 目標(biāo)=10years=10X365X24h=87600h故即可算出：L 測試=L 目標(biāo)/AF=87600/=323h現(xiàn)在5個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行測試，則測試時(shí)長為：L最終二323/5

4、h=65h這即是說明，若客戶用5個(gè)產(chǎn)品同時(shí)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(dá)到要求。通過這個(gè)案例可以看出，利用阿倫紐斯模型可以提前預(yù)估測試的相關(guān)信息， 指導(dǎo)客戶該怎樣進(jìn)行測試才既能達(dá)到目標(biāo)值而又最大限度的降低成本。本案 例中，若客戶急需測試結(jié)果，那么可以投入10個(gè)或者更多的樣品來縮短整 個(gè)測試時(shí)長；或者在允許的情況下進(jìn)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(Arrhenius Mode With Humidity)綜合溫度及濕度因素的阿倫

5、紐斯模型的表達(dá)式為：AF=exp(E/k)(1/Tu)-(1/Tt) + (RHn-RHn)式中：E是析出故障的耗費(fèi)能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。 a一般來說，激活能的值在、之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為X10-5；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溫度值， 以K（開爾文）作單位；Tt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。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

6、測試經(jīng)驗(yàn)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(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)行的老化測試，其表達(dá)式為：AF=（RH/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(fèi)能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是不一樣的。一 a般來說，激活能的值在、之間；K是玻爾茲曼常數(shù)，其值為X10-5；Tu是使用條件下

7、（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；Tt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(dǎo)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試?，F(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(yàn)后對比之用。廠家現(xiàn)在希望能最快地完成

8、測試，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模型來解答這一問題。已知：叫二85%, RHj25%, Tt=85C, Tj45C, E：(按類似產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)值)則有：AF=(85%/25%)3exp1/X10-5)【1/(273+45)- 1/(273+85)】最終：AF=又知其目標(biāo)使用壽命：MTBF 目標(biāo)=20years=20X365X24h=175200h故即可算出測試時(shí)長：丁測=MTBF 目標(biāo)/AF=175200/=76h現(xiàn)在最多只能用2個(gè)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行測試，則測試時(shí)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(shí)用2個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行85

9、C, 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(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Ek、Tu、Tt， 其中k是一恒量，其值始終不會(huì)變，變化的是ETTTu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路鋁腐蝕金屬間化合物生長另外，GR-468標(biāo)準(zhǔn)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)a庫得出。這樣得出的值更真實(shí)準(zhǔn)確，比一些推薦值更具說服力。通過這三個(gè)模型可以看到，在進(jìn)行以溫濕度為主的測試時(shí)，需先對產(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)的加速測試模型，在條件允許