最後更新:2026年10月8日測試・可靠度測試設備中國大陸:加速模型(阿伦尼乌斯定律)

加速模型(阿瑞尼斯定律)是什麼

Acceleration Model / Arrhenius Equation

加速模型是將高溫、高電壓等嚴苛條件下短時間試驗的結果,換算為實際使用條件下壽命的數學式。基本的阿瑞尼斯定律以活化能 Ea 及試驗溫度、使用溫度求出加速因子。Ea 因劣化機制而異,若弄錯,壽命推估會差上好幾個數量級;濕度使用 Peck 定律,溫度循環則使用 Coffin-Manson 定律。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

加速模型是將在高溫、高電壓等嚴苛條件下進行的短時間試驗結果,換算為實際使用條件下壽命的數學式。要確認能否承受10年使用,不可能花10年去驗證,因此可靠度評估一定是以某種加速模型為前提才能成立。

最基本的是阿瑞尼斯定律,描述劣化反應速率隨溫度呈指數增加的關係。加速因子由活化能 Ea、波茲曼常數,以及試驗溫度與使用溫度倒數之差決定,Ea 越大的劣化機制,溫度加速的效果越明顯。例如 Ea=0.7eV 的機制,125℃下1,000小時的試驗相當於55℃使用下數萬小時,就是這樣的換算。

重要的是活化能因劣化機制而異。TDDB、NBTI、電遷移各有其固有的 Ea,若弄錯數值,壽命推估會差上好幾個數量級。設計加速試驗時,必須先決定「要評估哪一種機制」,再選擇適合該機制的 Ea 與試驗條件。

溫度以外的加速因素也有對應模型。電壓加速以 E 模型(與電場成正比)或1/E 模型處理,濕度造成的腐蝕使用 Peck 定律(濕度的冪次與溫度的複合),溫度循環造成的疲勞破壞使用 Coffin-Manson 定律(應變振幅的冪次)。HAST 對應 Peck 定律,溫度循環試驗對應 Coffin-Manson 定律,就是這樣的關係。

加速模型也有其極限。加速過度時,實際使用中不會發生的其他劣化機制會成為主導,換算便失去意義。試驗條件必須控制在「同一機制能維持主導的範圍」內,而判斷其妥當性正是可靠度工程的核心。

加速模型(阿瑞尼斯定律)的常見問題

阿瑞尼斯定律的加速因子如何決定?
由活化能 Ea、波茲曼常數,以及試驗溫度與使用溫度倒數之差決定。Ea 越大的劣化機制,溫度加速的效果越明顯,例如 Ea=0.7eV 時,125℃・1,000小時相當於55℃使用下數萬小時,就是這樣的換算。
活化能要如何選擇?
活化能依所要評估的劣化機制而定。TDDB、NBTI、電遷移各有其固有的 Ea,弄錯數值會使壽命推估差上好幾個數量級。步驟是先決定對象機制,再選擇適合的 Ea 與試驗條件。
加速過度會有什麼問題?
實際使用中不會發生的其他劣化機制會成為主導,換算便失去意義。試驗條件必須控制在「同一機制能維持主導的範圍」內,而判斷其妥當性正是可靠度工程的核心。

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