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Arrhenius-- 阿倫尼烏斯壽命模型

2025-05-16
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Arrhenius，阿倫尼烏斯，提出了一個表征芯片使用壽命的計算模型，即阿倫尼烏斯壽命模型。透過驗證晶體管在特定偏置電壓和溫度下的工作時長(HTOL)，來折算出芯片的使用壽命。通過在汽車行業的統計觀察，阿倫尼烏斯壽命模型得到半導體行業的普遍認可。
阿倫尼烏斯模型是瑞典化學家阿倫尼烏斯于1889年在大量的化學反應數據基礎上總結出來的，它表明在化學反應過程中反應速率與反應溫度的關系。在一定范圍內，溫度越大，反應速率越高。
測試條件和公式是這樣的（基于汽車行業的統計值，汽車15年內平均運行時間為tu=12000小時，運行時平均環境下結溫Tu為87°C）：


圖片.png


不同級別的芯片，所做的有偏壓高溫運行壽命(High Temperature Operating Life)、即HTOL測試條件是不同的，按照JESD22-A108規范，通常按照如下的約定條件來做測試：


圖片.png


將這些測試條件帶入到阿倫尼烏斯公式，就可以計算出芯片的理論使用壽命，通常消費級的理論計算壽命不到5年，而車軌級產品要保證至少15年；工業級產品通常也會采用125°C/1000hrs的條件做HTOL測試，理論使用壽命也能達到15年。需要注意這里僅僅是理論值，并不表示芯片過了這個時間點“陣亡”了。
當然阿倫尼烏斯模型也有局限性，其只考慮了溫度應力對物質的化學與物理變化的影響。實際上，很多的失效案例，除了溫度之外，還與此時的工作電壓、環境濕度、機械應力等非溫度的因素有關。

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