加速壽命試驗(yàn)常用的模型有阿倫尼斯（Arrhenius）模型、愛倫（Eyring）模型以及以電應(yīng)力為加速變量的加速模型。實(shí)際中Arrhenius模型應(yīng)用最為廣泛，本文主要介紹基于這種模型的試驗(yàn)。

Arrhenius模型反映電子元器件的壽命與溫度之間的關(guān)系，這種關(guān)系本質(zhì)上為化學(xué)變化的過程。方程表達(dá)式為

式中：

式中：F0為累計(jì)失效概率；t(F0)為產(chǎn)品達(dá)到某一累計(jì)失效概率 F(t)所用的時(shí)間。算出b后，則

式⑵是以Arrhenius方程為基礎(chǔ)的反映器件壽命與絕對(duì)溫度T之間的關(guān)系式，是以溫度T為加速變量的加速方程，它是元器件可靠性預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

目前應(yīng)用最廣的加速壽命試驗(yàn)是恒加試驗(yàn)。恒定應(yīng)力加速度壽命試驗(yàn)方法已被IEC標(biāo)準(zhǔn)采用[1] 。其中3.10加速試驗(yàn)程序包括對(duì)樣品周期測(cè)試的要求、熱加速電耐久性測(cè)試的試驗(yàn)程序等，可操作性較強(qiáng)。恒加方法造成的失效因素較為單一，準(zhǔn)確度較高。國(guó)外已經(jīng)對(duì)不同材料的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）、CRT陰極射線管、贗式高電子遷移率晶體管開關(guān)（PHEMT switch）、多層陶瓷芯片電容等電子元器件做了相關(guān)研究。

Y.C.Chou等人對(duì)GaAs 和InP PHEMT單片微波集成電路（MMIC）放大器進(jìn)行了恒加試驗(yàn) [2]。下面僅對(duì)GaAs PHEMT進(jìn)行介紹，InP PHEMT同前。對(duì)于GaAs PHEMT MMIC共抽取試驗(yàn)樣品84只，分為三組，每組28只，環(huán)境溫度分別為 T1= 255 ℃，T2=270 ℃，T3＝285 ℃，所有參數(shù)均在室溫下測(cè)量。失效判據(jù)為44GHz時(shí)，|Δ S21|>1.0 dB。三個(gè)組的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。表中累計(jì)失效百分比、中位壽命、對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差（σ）均由試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得。其中累計(jì)失效百分比＝每組失效數(shù)/（每組樣品總數(shù)＋1）；中位壽命為失效率為50%時(shí)的壽命，可在對(duì)數(shù)正態(tài)概率紙上畫壽命-累計(jì)失效百分比圖得出：σ≈lgt（0.84）-lgt（0.5）。

由表1根據(jù)恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)結(jié)果使用 Origin軟件可畫出圖1。圖中直線是根據(jù)已知的三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)用最小2乘法擬合而成，表示成 y=a+bx。經(jīng)計(jì)算

y＝-12.414+8.8355x，

代入溝道溫度T0 ＝125 ℃，求其對(duì)應(yīng)的x0，

x0=1000/（273+125）=2.512562

MTTF=lg-1y（x 0）=6.1×109h

擬合后直線的斜率b為8.8355×10 3，則激活能

Ea=2.303bk ≈1.7 eV

因此，溝道溫度為125 ℃時(shí)，估計(jì)GaAs的MTT大于1×108 h，激活能為1.7 eV。

步加試驗(yàn)時(shí)，先對(duì)樣品施加一接近正常值的應(yīng)力，到達(dá)規(guī)定時(shí)間或失效數(shù)后，再將應(yīng)力提高一級(jí)，重復(fù)剛才的試驗(yàn)，一般至少做三個(gè)應(yīng)力級(jí)。步進(jìn)應(yīng)力測(cè)試條件見表2。

Frank Gao和Peter Ersland對(duì)SAGFET進(jìn)行了步加試驗(yàn)[3]。溫度從150～270 ℃劃為六級(jí)，每70 h升高25 ℃；溝道溫度約比環(huán)境溫度高30 ℃。總試驗(yàn)時(shí)間約400 h。根據(jù)Arrhenius模型[4]

式⑶可化為

將式⑷看作

y=a+bx，

式中：

則根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做溫度的倒數(shù)——某參數(shù)改變量（本試驗(yàn)選取Idss，Ron 等），

即：

擬合后，斜率b可直接讀出，乘以 k可得激活能。本文估算出Ea=1.4 eV，再由

MTTF（T0）=MTTF（T1）×exp[Ea（T1- T0）/kT1T 0]

由試驗(yàn)得到某一高溫時(shí)器件的MTTF（ T1），進(jìn)而可得到樣品在125 ℃時(shí)的壽命大于107 h。這個(gè)結(jié)果和常應(yīng)力測(cè)試結(jié)果相吻合。

序加試驗(yàn)的加速效率是最高的，但是由于其統(tǒng)計(jì)分析非常復(fù)雜且試驗(yàn)設(shè)備較昂貴，限制了其應(yīng)用。這方面的報(bào)道也較少。

北京工業(yè)大學(xué)李志國(guó)教授報(bào)道了微電子器件多失效機(jī)理可靠性壽命外推模型[5]，他的學(xué)生李杰等人報(bào)道了快速確定微電子器件失效激活能及壽命試驗(yàn)的新方法 [6]。

試驗(yàn)中對(duì)器件施加按一定速率β 上升的斜坡溫度，保持電流密度j和電壓V不變。做ln（ T-2ΔP/P0）與1/T曲線，找出曲線的線性段，并經(jīng)線性擬合得到一直線，設(shè)直線的斜率為 S，則器件的失效激活能E=-kS。得出激活能 E后，就可以外推某一使用條件下的元器件壽命

李志國(guó)老師和他的學(xué)生采用上面方法對(duì)pnp 3CG120C雙極型晶體管做了序加試驗(yàn)。初始溫度T為443 K，升溫速率β=1 K/8 h，t時(shí)刻的結(jié)溫為T=T0+βt +ΔT。電應(yīng)力：VCE=-27 V，IC=18.5 mA；測(cè)試條件：VCE=-10 V，IC=30 mA，室溫下測(cè)量；失效判據(jù)：hFE的漂移量Δ hFE/hFE≥±20%。372 #樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

鑒于圖2中曲線段a最接近使用溫度，能最好地反映正常工作條件下的失效機(jī)理，所以選擇a段數(shù)據(jù)用Excel軟件做出ln（ T -2ΔhFE/hFE ）與1/T曲線，并做線性擬合得到一直線，其斜率為 S，則器件的失效激活能E=-kS=0.7 eV。由圖2 a段外推出樣品的hFE退化20%所需的試驗(yàn)時(shí)間如圖3所示。根據(jù)GJB/Z299C-200x表5.1.1-5c可計(jì)算出，樣品正常使用時(shí)的結(jié)溫為60 ℃左右。

式⑸經(jīng)數(shù)學(xué)處理可變?yōu)?/span>

代入T=585 K，求得τ372#=1.2×10 7 h，這個(gè)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)1.92×107 h是可以比擬的。

恒加試驗(yàn)一般需要約1000 h，總共要取上百個(gè)樣品，要求應(yīng)力水平數(shù)不少于3個(gè)。每個(gè)應(yīng)力下的樣品數(shù)不少于10個(gè)，特殊產(chǎn)品不少于5只。每一應(yīng)力下的樣品數(shù)可相等或不等，高應(yīng)力可以多安排一些樣品。

步加試驗(yàn)只需1組樣品，最好至少安排4個(gè)等級(jí)的應(yīng)力，每級(jí)應(yīng)力的失效數(shù)不少于3個(gè)，這樣才能保證數(shù)據(jù)分析的合理性。另外，James A. McLinn提出了在步加試驗(yàn)中具體操作的一些有價(jià)值的建議 [7]。例如試驗(yàn)應(yīng)力的起始點(diǎn)選在元器件正常工作的上限附近，應(yīng)力最高點(diǎn)的選擇應(yīng)參考之前的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)或是已知的元器件失效模式來設(shè)定，將應(yīng)力起始點(diǎn)到最高點(diǎn)之間分成3～6段；試驗(yàn)前需確定應(yīng)力步長(zhǎng)的的最小和最大值。

序加試驗(yàn)的樣品數(shù)尚無明確的規(guī)定。步加、序加試驗(yàn)只需幾百小時(shí)，取幾十個(gè)樣品甚至更少且只需一組樣品就可以完成試驗(yàn)。

目前應(yīng)用最廣的是恒加試驗(yàn)，但其試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，樣品數(shù)相對(duì)多一些。相比之下，步加、序加試驗(yàn)在這方面要占優(yōu)勢(shì)。當(dāng)樣品很昂貴、數(shù)量有限或只有一個(gè)加熱裝置時(shí)，步加、序加試驗(yàn)無疑是最好的選擇。

恒加試驗(yàn)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于包括航空、機(jī)械、電子等多個(gè)領(lǐng)域。

步加試驗(yàn)往往作為恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的預(yù)備試驗(yàn)，用于確定器件承受應(yīng)力的極大值。如金玲[8] 在GaAs紅外發(fā)光二極管加速壽命試驗(yàn)中，用步加試驗(yàn)確定器件所能承受的最高溫度，而后再進(jìn)行恒加試驗(yàn)，避免了在恒加試驗(yàn)中出現(xiàn)正常使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)的失效機(jī)理。步加試驗(yàn)也可應(yīng)用于縮短試驗(yàn)時(shí)間。已經(jīng)有將恒加試驗(yàn)結(jié)合步加試驗(yàn)以縮短試驗(yàn)時(shí)間的做法[9]。

序加試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間短，但其精度不高，而且實(shí)施序加試驗(yàn)需要有提供符合要求應(yīng)力以及實(shí)時(shí)記錄樣品失效的設(shè)備。例如冷時(shí)銘等人在固體鉭電容加速壽命試驗(yàn)中采用自行研制的JJ-1漸近電壓發(fā)生器控制直流穩(wěn)壓電源提供序進(jìn)電壓，電容測(cè)量和漏電流測(cè)量分別采用HP公司的4274A和414型漏電流測(cè)量?jī)x，失效時(shí)間用可靠性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄。又如，北京工業(yè)大學(xué)李志國(guó)教授等人在做高頻小功率晶體管序加試驗(yàn)中也搭建了一套完整的試驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)由控溫儀、熱電偶、樣品加熱平臺(tái)組成溫度應(yīng)力控制系統(tǒng)；由偏置電源、萬用表、加載電路板組成電應(yīng)力偏置系統(tǒng)；測(cè)試采用Agilent 4155C 半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)試儀和QT16晶體管特性圖示儀完成。