常用三種加速老化測試模型

1、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，本文將解讀三個極具代

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主要因素時，采用單純考慮熱加速因子效應而推導出的阿倫紐斯模型來描述測試， 其預估到的結(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(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溫度值，以K仟爾文)作單位；Tt是測

3、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105 的高溫測試。據(jù)以往的測試經(jīng)驗，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。若同時對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又知其目標使用壽命：L 目標=10years=10 x 365X 24h=87600h故即可算出 ：L 測試二 L 目標/AF=87600/=弋 323h現(xiàn)在 5 個

4、樣品同時進行測試，則測試時長為：L 最終 =323/5h=65h這即是說明， 若客戶用 5 個產(chǎn)品同時在105 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估測試的相關信息，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( 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溫度值，以K仟爾文)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。

6、模型二可以說是模型一的拓展，它只是在模型一的基礎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=（RH/RHu）3 exp（E/k） （1/Tu）-（1/Tt）式中：AF 是加速因子；Ea 是析出故障的耗費能量，又稱激活能。不同產(chǎn)品的激活能是

7、不一樣的。一般來說，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溫度值，以 K仟爾文）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

8、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%, Tt=85C , Tu=45C , b=(按類似產(chǎn)品的經(jīng)驗值)則有：AF=(85%/25%3exp1/ X-1)0【1/(273+45)- 1/(273+85)】最終：AF=又知其目標使用壽命：MTBF 目標=20years=20 乂 365x 24h=175200h故即可算出測試時長：丁測=MTBF 目標/AF=175200/=弋 76h現(xiàn)在最多只能用

9、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85 ，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Ea、 k、 Tu 、 Tt ，其中k是一恒量，其值始終不會變，變化的是Ea、Tu、Tt, Tu和Tt是人為設定的， 它的變化有很強的隨機性。而Ea 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：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標準中還推薦了一部分Ea值以供選取。不過，選if¥ Ea值的最佳方法就是 從產(chǎn)品的相關數(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，繼而確定相應的 加速測試模型，在