原标题：关于热敏电阻器几个常見可靠性实验的加速寿命实验实施办法

摘要：通过阿伦尼乌斯（Arrhenius）模型、HAST实验标准、Coffin Manson模型确定高温类实验、湿热类实验、温度变化类实验嘚加速寿命实验原则大幅缩短实验周期、提升产品可靠性评估效率、降低实验成本。

关键字：加速寿命实验阿伦尼乌斯（Arrhenius）模型，Coffin Manson模型HAST实验。

中图分类号：TN306 文献标识码：A

热敏电阻器是一种温度敏感元件在不同的温度下表现出不同的阻值特性，分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）热敏电阻器在开展可靠性认证实验的过程中， 一般针对高温实验、湿热实验、温度变化实验等三種类别的长寿命实验其标准实验时间为1000小时或以上，如下表1所示在需要快速评估热敏电阻器的可靠性时，这个实验时间大大影响了评估效率因此需要应用加速寿命理论模型或实验标准对该类别的长周期可靠性实验项目实施加速，达到缩短实验周期的目的加速寿命实驗为快速评估产品可靠性提供了一种依据，但由于加速系数受产品类别、失效模式、失效机理、应力类别等因素影响很大并不能与热敏電阻器的标准实验条件建立准确的对应关系，所以在应用时要特别加以注意

表1 热敏电阻器长周期寿命实验

加速寿命实验条件的选择

我们對热敏电阻器的高温实验、湿热实验、温度变化实验等三种类别的长寿命实验的加速寿命实验实施条件说明如下：

1.实验依据。高温类加速壽命实验所依据的理论模型为阿伦尼乌斯（Arrhenius）模型在某一环境下，当温度成为影响产品老化及使用寿命的绝对主要因素时采用单纯考慮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。阿伦纽斯模型关于加速系数的计算公式是：

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；

TL是低应力条件下(非加速状态下)的温度值此处的温度值是绝对温度值，以K(开尔文)作单位；

TU是测试条件下(加速状态下)的温度值此处的温度值是绝对温喥值，以K(开尔文)作单位

根据该理论模型，相关教材、论文已将其简化为“10℃法则”即温度每升高10℃，器件寿命缩短一半换句话说，溫度每升高10℃其实验时间所代表的寿命增加一倍。

Ti：加速条件下的器件本体温度（含自温升）；

T0:标准条件下的器件本体温度（含自温升）

当然，由于各种材料对应的各种失效模式的电子激活能Ea是不同的一般热敏电阻器寿命减半的温度范围为5℃~20℃，因此有时还可以使用鉯下两个公式估算加速系数

2.如何确定加速条件？实验温度：选择高于标准实验温度但不产生新的失效模式和失效机理的温度条件；实验時间：根据加速系数和选定的实验温度将标准实验时间折算为加速时间假设标准实验条件为“85℃，1000h”选定的加速实验温度为“125℃”，那么根据“10℃法则”算得加速系数为16那么加速实验时间为62.5h，则最终确定的加速实验条件为“125℃62.5h”。

(HAST)》的规定推荐的HAST实验条件如下表2，1000h的湿热实验均可以用此实验取代常规条件进行加速实验该实验需要使用专用的HAST实验箱，应根据器件的承受极限选择采纳条件1还是条件2在使用HAST实验条件的时候需要注意，由于该实验条件会降低含树脂材料的热敏电阻器内部的树脂软化点会出现能通过双八五实验而不能通过HAST实验的情况。

1.实验依据高低温冲击实验的理论模型可以参照Coffin Manson模型，该模型在研究机械性失效、材料疲劳、材料变形等方面有非常成功的应用其计算公式如下：

项1：温度变化幅度的加速作用

项2：温变频次的加速作用

项3：最高温的加速作用

NL：低应力水平温度变化作用的溫循寿命次数

NH：高应力水平温度变化作用的温循寿命次数

△TH：高应力水平温度变化作用的温差幅度

△TL：低应力水平温度变化作用的温差幅喥

fL: 低应力水平温度变化作用的单位时间内温变频次，以“循环/小时”或“循环/天”记

fH: 高应力水平温度变化作用的单位时间内温变频次以“循环/小时”或“循环/天”记

TKL：低应力水平温度变化作用的最高温绝对温度，记开尔文温度°K

TKH：高应力水平温度变化作用的最高温绝对溫度，记开尔文温度°K

2.如何确定加速条件？实验温度：选择高于标准实验温度范围但不产生新的失效模式和失效机理的温度条件；循环佽数：根据选定的加速实验条件和以上公式5确定比如标准实验条件为“-40℃/保温(30min)→+85℃/保温(30min)，1000循环”加速实验条件为“-55℃/保温(30min)→+125℃/保温(30min)”，根据相关研究上式取a=-1/3，b=2同时结合阿伦纽斯模式的简化模式算得的加速系数AF为33.18，实验循环次数约为31次那么最终确定的加速寿命实验條件为“-55℃/保温(30min)→+125℃/保温(30min)，31循环”

由于加速寿命实验的准确性问题，它的实验结果是定性的而不是准确定量的因此还不能完全取代标准实验而存在，否则会给客户带来困扰因此需要明确加速寿命实验在的应用原则。推荐原则如下：

a) 所选择的实验应力不应超出热敏电阻器的承受上限不能因为提高实验应力而产生新的失效模式。

b) 一般在热敏电阻器的样件研制阶段为快速了解样品可靠性，为产品开发设計定型提供依据时或其他需要快速了解热敏电阻器可靠性的时候使用加速寿命实验而在试生产鉴定、例行可靠性监控、工程变更鉴定等需要需要完全遵循标准开展实验鉴定的场合，不推荐使用加速寿命实验

c) 为避免资源浪费，不能随意制定实验条件应使用企业内部实验室专业的可靠性工程师推荐的加速实验条件。这也是为了避免太多的实验条件占用太多的实验资源造成资源浪费。

d) 应根据实测结果不断修正加速寿命实验模型参数使得定性模型不断向定量模型靠拢。

a) 卢昆详.电子元器件可靠性实用指南[M]上海：中国电子元件工业质量管理協会，

b) 姜同敏.可靠性与寿命实验[M]北京，国防工业出版社:33-37

注:该文章发表于中国核心期刊《环境技术》2018年第4期