常用三種加速老化測(cè)試模型資料講解

1、常用三種加速老化測(cè)試模型在環(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(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(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，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，

2、本文將解讀三個(gè)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(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(E/k)(1/Tu)-(1/Tt)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(duì)溫度 值，以KU開爾文)作單位；T是測(cè)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(開爾文)作單位。案例：某一客戶需要對(duì)產(chǎn)品做105C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E取0.68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1同時(shí)對(duì)5個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，需測(cè)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=exp(0.68/(8.617385X 10-5)-1/(273+25)- 1/(273+105)】最終.AF271.9518又知其目標(biāo)使用壽命：L 目標(biāo)=10years=10X365X2

4、4h=87600h故即可算出：L 測(cè)試二 L 目標(biāo)/AF=87600/271.9518h=322.1159he323h現(xiàn)在5個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，則測(cè)試時(shí)長為：L最終二323/5h=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(cè)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(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)或者更多的樣品來縮短整 個(gè)測(cè)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(cè)試。根據(jù)需求 靈活的調(diào)整測(cè)試方案，這才能更完

5、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紐斯模型的表達(dá)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(fèi)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(duì)溫度 值，以K（開爾文）作單位；T是測(cè)試條件下（加速條件下）的溫度值。此

6、處的溫度值是絕對(duì)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(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。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(cè)試經(jīng)驗(yàn)表明，用模型二來解釋某些情況下濕 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=（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(fèi)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(duì)溫度 值，以KU開爾文）作單位；T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(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?，F(xiàn)客戶共有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(yàn)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(biāo)使用壽命：MTBF 目標(biāo)=20years=20X365X24h=175200h故即可算出測(cè)試時(shí)長：T 測(cè)二 MTBF 目標(biāo)/AF=175200/2318.42204h=75.5686he76h現(xiàn)在最多只能用2個(gè)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，則測(cè)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(cè)試結(jié)果需同時(shí)用2個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行 85C，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E、k、 T、T，其中k是一恒量，其值始終不會(huì)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(qiáng)的隨機(jī)性。而E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1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： 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(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)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(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