HTOL 高温工作寿命试验:怎么用几百小时推算几年寿命

验证一个产品能用五年,不可能真等五年。做法是提高应力,让退化过程加速,再用模型折算回常温。

基本设定

HTOL 是 High Temperature Operating Life。产品在高温下带电持续工作,通常施加规格上限或略高的电压,跑几百到一千小时,中途和结束时做电性能测试。

常见条件是 125℃ 结温、1000 小时,样本量按标准取,比如三批各若干颗。车规要求更严,时长和批次数都要加。

加速因子怎么算

温度加速用阿伦尼乌斯模型,核心参数是激活能 Ea。加速因子等于 exp[(Ea/k)×(1/T_use − 1/T_stress)],T 用绝对温度。

Ea 取值取决于失效机理,一般在 0.3 到 1.0 eV 之间。这里有个关键点:Ea 取值直接决定加速倍数,而且是指数关系。同样的试验条件,Ea 取 0.7 和取 0.4,算出来的等效寿命能差好几倍。

所以看到"1000 小时 HTOL 等效 10 年"这种结论,第一件事是问 Ea 取了多少、依据是什么。随便取个偏大的值,结论会好看很多。

电压加速要谨慎

除了温度,还常用提高电压来加速。问题是电压加速的模型不像温度那么可靠,而且容易越界:电压加到一定程度会触发规格外的失效机理,这时测出来的失效和常温下真实会发生的失效不是一回事。

判断标准是失效模式是否一致。如果加速试验的失效模式和现场返回品的失效模式相同,加速是有效的;如果出现现场从没见过的新失效模式,说明应力过头了,结果不能外推。

模组级怎么做

HTOL 标准主要针对颗粒。整条做 HTOL 时有几个额外考虑:

  • 条上器件的温度限制不一样。颗粒能承受 125℃,PMIC 和电容不一定,按最弱器件定上限;
  • 散热要设计。整条满负荷读写自身发热明显,箱体温度和器件实际温度差别大,要用热电偶实测;
  • 负载图形要接近实际使用,全是顺序读写和随机访问带来的应力不同;
  • 中途测量点要安排。只测开始和结束,拿不到退化趋势,无法判断是渐变还是突发。

结果怎么用

HTOL 通过不代表零失效,它给出的是在一定置信水平下失效率的上界。样本量小的时候这个上界很��松。

更有价值的用法是看退化趋势:把每个测量点的裕量数据画出来,如果裕量随时间平缓下降且远未触及边界,说明设计余量充足;如果下降很快或者接近边界,即便最终"通过"也说明余量不足。

这个趋势数据比一句"1000 小时通过"信息量大得多,可惜很多报告只写结论不给过程。