常用三种加速老化测试模型_能源/化工_工程科技_专业资料。在环境模拟试验中， 常常会遇到这样一个问题：产品在可控的试验箱环境中测试 若干小时相当于产品在实际使用条件下使用多长 时间？这是一个亟待解决的问 题，因为它的意义不仅仅在于极大地降低了成本，造成不必要

　　在环境模拟试验中，双85试验箱 常常会遇到这样一个问题：产品在可控的试验箱环境中测试 若干小时相当于产品在实际使用条件下使用多长 时间？这是一个亟待解决的问 题，因为它的意义不仅仅在于极大地降低了成本，造成不必要的浪费，也让测试 变得更具目的性和针对性， 有利于测试人员对全局的掌 控， 合理进行资源配置。 在众多的环境模拟试验中，温度、湿度为常见，同时也是使用频率的 模拟环境因子。 实际环境中温度、 湿度也是不可忽略的影响产品使用寿命的因素。 所以， 迄今将温度、湿度纳入考量范围所推导出的加速模型在所有的老化测试 加速模型中占有较大的比重。由于侧重点的不同，推导出的加速模型也不一样。 下面，本文将 解读三个极具代表性的加速模型。 模型一．只考虑热加速因子的阿伦纽斯模型（Arrhenius Mode） 某一环境下， 温度成为影响产品老化及使用寿命的主要因素时，采用单 纯考虑热加速因子效应而推导出的阿伦纽斯模型来描述测试， 其预估到的结果会 更接近真实值，模拟试验的效果会更好。此时，阿伦纽斯模型的表达式为： AF=exp{(Ea/k)·[(1/Tu)-(1/Tt)]} 式中： AF 是加速因子； Ea 是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一 般来说，激活能的值在 0.3ev~1.2ev 之间； K 是玻尔兹曼常数，其值为 8.617385×10-5； Tu 是使用条件下(非加速状态下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位； Tt 是测试条件下(加速状态下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位。 案例：某一客户需要对产品做 105℃的高温测试。据以往的测试经验，此种 产品的激活能 Ea 取 0.68 。对产品的使用寿命要求是 10 年，现可供测试的 样品有 5 个。双85试验箱 若同时对 5 个样品进行测试，需测试多长时间才能满足客户要求？ 已知的信息有 Tt、Ea，使用的温度取 25℃，则先算出加速因子 AF： AF=exp{[0.68/(8.617385×10-5)]·【[1/(273+25)]- [1/(273+105)]】} 终： AF≈271.9518 又知其目标使用寿命： L 目标=10years=10×365×24h=87600h 故即可算出 ： L 测试= L 目标/AF=87600/271.9518h=322.1159h≈323h 现在 5 个样品同时进行测试，则测试时长为： L 终=323/5h=65h 这即是说明，若客户用 5 个产品同时在 105℃高温下测试 65h 后产品未发生 故障，则说明产品的使用寿命已达到要求。 通过这个案例可以看出，利用阿伦纽斯模型可以提前预估测试的相关信息， 指导客户该怎样进行测试才既能达到目标值而又限度的降低成本。 本案例中， 若客户 急需测试结果， 那么可以投入 10 个或者更多的样品来缩短整个测试时长； 或者在允许的情况下进一步提高温度，加快完成测试。根据需求灵活的调整测试 方案，这 才能更完美地达到目标，提高工作效率，省去一些不必要的费用。 模型二． 综合温度及湿度因素的阿伦纽斯模型 （Arrhenius Mode With Humidity） 综合温度及湿度因素的阿伦纽斯模型的表达式为： AF=exp{(Ea/k)·[(1/Tu)-(1/Tt)]+(RHt^n-RHu^n)} 式中： AF 是加速因子； Ea 是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一 般来说，激活能的值在 0.3ev~1.2ev 之间； K 是玻尔兹曼常数，其值为 8.617385×10-5； Tu 是使用条件下(非加速条件下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位； Tt 是测试条件下(加速条件下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位； RHu 是使用条件下(非加速状态下)的相对湿度值； RHt 是测试条件下(加速状态下)的相对湿度值。 模型二可以说是模型一的拓展， 它只是在模型一的基础上简单地添加了湿度 这一影响因素。 长期以来的测试经验表明，用模型二来解释某些情况下湿度对加 速测试的 影响并不准确。所以，一种更为准确的综合考虑温湿度影响的模型将 被提出，这即是下文将介绍的另外一种模型—Hallberg-Peck 模型。 模型三．Hallberg-Peck 模型 Hallberg-Peck 模型综合考虑了温度、湿度影响，它相比于模型二更能准确 的描述在温湿度条件下进行的老化测试，其表达式为： AF=(RHt/RHu)3·exp{(Ea/k)·[(1/Tu)-(1/Tt)]} 式中： AF 是加速因子； Ea 是析出故障的耗费能量，又称激活能。不同产品的激活能是不一样的。一 般来说，激活能的值在 0.3ev~1.2ev 之间； K 是玻尔兹曼常数，其值为 8.617385×10-5； Tu 是使用条件下(非加速条件下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位； Tt 是测试条件下(加速条件下)的温度值。此处的温度值是温度值，以 K(开尔文)作单位； RHu 是使用条件下(非加速状态下)的相对湿度值； RHt 是测试条件下(加速状态下)的相对湿度值。 案例：某一半导体元件生产家，经过长期研究开发出一款新产品。初步将 新产品的 MTBF 定为 20 年。 新产品日常的使用环境为 45℃， 25%RH。 为了验证 其 使用寿命是否达到要求， 家要把新产品置于 85℃， 85%RH 的高温高湿条件下做 加速测试。现客户共有 3 款新产品，仅 2 款可用于测试，剩余一款作为其余 两 款试验后对比之用。家现在希望能快地完成测试，得到相关结果，那这一 快时间是多少？ 现在，采用 Hallberg-Peck 模型来解答这一问题。已知： RHt=85%，RHu=25%，Tt=85℃，Tu=45℃，Ea=1.0(按类似产品的经验值) 则有： AF=(85%/25%)3·exp{[1/(8.617385×10-5)]·【[1/(273+45)]- [1/(273+85)]】} 终： AF=2318.42204 又知其目标使用寿命： MTBF 目标=20years=20×365×24h=175200h 故即可算出测试时长： T 测= MTBF 目标/AF=175200/2318.42204h=75.5686h≈76h 现在多只能用 2 个产品同时进行测试，则测试时长为： T 终=76/2h=38h 这即是说明，若客户想得到快的测试结果需同时用 2 个产品进行 85℃， 85%RH 的高温高湿测试 38h， 若之后产品未发生故障， 则可说明其 MTBF 已达目标。 综合以上三个模型可以看出，他们都有一些共通的参数，如 Ea、k、Tu、Tt， 其中 k 是一恒量，其值始终不会变，变化的是 Ea、Tu、Tt，Tu 和 Tt 是人为设定的， 它的变化有很强的随机性。而 Ea 则不同，它是析出故障所耗费的能量，当故障 具体到某一种特定类型时，其值会在很小的范围内产生波动，几乎可认为不变。双85试验箱 以下是一些常见故障的 Ea 值： 氧化膜破坏： 0.3ev 1.0---1.4ev 1.0ev 0.6ev 0.6---0.9ev 0.5---0.7ev 离子性（Si02 中 Na 离子漂移） 离子性（Si-SiO2 界面的慢陷阱） 电迁移造成短路或开路 铝腐蚀 金属间化合物生长 另外，GR-468 标准中还推荐了一部分 Ea 值以供选取。不过，选择 Ea 值的 佳方法就是从产品的相关数据库得出。这样得出的值更真实准确，比一些推荐值 更具说服力。 通过这三个模型可以看到， 在进行以温湿度为主的测试时，需先对产品所处 的使用环境有个彻底详尽的了解，然后确定何为主要环境因素，继而确定相应的 加速测试模型， 在条件允许的情况下以的方法来解决问题，以求达到事半功 倍的效果。 现代社会办事讲求的是高效率高质量， 谁能在短的时间内高质量地完成工 作，谁必将脱颖而出，成为胜者。同样，运用在测试当中，就是谁能在短时间 保质保量地完成既定测试目标，进而降低生产成本，缩短研制周期，对产品的市 场占有率有着积极的促进作用
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