5.嘗試使用現(xiàn)有模型

　　在很多論文和應(yīng)用報(bào)告里，Lawson模型還是非常常用的的，尤其是評(píng)估有源元器件的潮濕加速動(dòng)作。因此，為了評(píng)估我們的測(cè)試結(jié)果，我們選用了這個(gè)模型。我們使用Lawson建議的數(shù)值，比較在不同相對(duì)濕度rh （公式 1）下試驗(yàn)結(jié)果的加速因子。

　　公式 1：

　　我們選用了第2種漆，因?yàn)樗闹笖?shù)趨勢(shì)線的線性相關(guān)最好。首先，我們把測(cè)量數(shù)據(jù)代到Lawson等式里，選定激活能EA （設(shè)為0.9 eV）和因子 b （設(shè)為1.0）。在測(cè)量溫度范圍內(nèi)挑取幾個(gè)點(diǎn)，忽略相對(duì)濕度變化之間的偏置電壓，我們的結(jié)果是“不適合”，如圖7所示。

　　圖 7： 估算加速因子 （Lawson）

　　檢索現(xiàn)有文獻(xiàn)，Peck是提到的另一個(gè)作者。他改變了Lawson建議值，發(fā)現(xiàn)使用相對(duì)濕度能夠適應(yīng)他自己的測(cè)試結(jié)果。在一篇文章里，Hallberg很好地概括了所有濕度測(cè)試和加速模型，包括他自己的。過(guò)去30年，他與Peck對(duì)濕度加速進(jìn)行了大量研究。在很多出版物里都提到，他們的研究成果的適應(yīng)性最好。圖8是Hallberg收集的可用模型。除了溫度意外，他們都使用相對(duì)濕度做為主要的測(cè)量參數(shù)。檢索最近幾年有關(guān)濕度加速的出版物，我們發(fā)現(xiàn)，人們還在使用與Hallberg和Peck 描述或收集的模型相同的或可比較的模型。

　　圖8

　　我們的目的是在很寬的不斷變化的溫度-時(shí)間-濕度范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)元器件的可靠性。因此，使用上面的模型并不能滿足我們的要求，因?yàn)樵谝欢ǖ南鄬?duì)濕度下，實(shí)際的含水量極大程度上取決于溫度。測(cè)量依賴溫度的實(shí)際含水量的指標(biāo)是對(duì)應(yīng)的蒸汽壓pvapor。這個(gè)數(shù)據(jù)可以從教科書(shū)里導(dǎo)出來(lái)。

　　圖 9： 蒸汽壓與溫度

　　圖9顯示了溫度對(duì)pvapor （100 % RH）的依賴關(guān)系，包括我們?cè)?0℃、70℃、85℃和130℃下做試驗(yàn)的測(cè)試點(diǎn)。在我們的試驗(yàn)里，實(shí)際的蒸汽壓可以用pvapor x rh （例如在130℃： 2700 hPa x 0.85 = 2295 hPa）來(lái)直接計(jì)算。

　　5.1. 影響參數(shù)

　　仔細(xì)分析所研究的薄膜電阻的設(shè)計(jì)，推導(dǎo)出下面這些影響參數(shù)，如圖10到圖13所示。

　　電子元件一般是在芯部材料上覆蓋一層敏感的功能金屬層，外面再用密封、漆或塑模保護(hù)。我們的薄膜電阻有一個(gè)鋁、R層的底座或芯部材料，外面涂一層電絕緣漆，如圖10所示。元件的漆層直接暴露在測(cè)試或應(yīng)用（例如85℃）的環(huán)境溫度下，不存在溫度梯度。水分子被吸收到漆的表面，吸收度取決于溫度。在漆層界面與外部環(huán)境之間存在壓差，壓差大小取決于實(shí)際的蒸汽壓。

　　圖10： 水汽濃度，蒸汽壓

　　壓力平衡導(dǎo)致水或其他低分子物質(zhì)的擴(kuò)散到漆體里，如圖11所示。水或其他低分子量物質(zhì)的匯集會(huì)擴(kuò)大壓力擴(kuò)散效應(yīng)的界面面積。有水的時(shí)候，高溫和偏置電壓會(huì)加速氧化，在金屬層上產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，由于在層的表面存在電勢(shì)差，在最壞的情況下會(huì)在R層上產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。水濃度對(duì)溫度依賴程度較高，因此在熱和偏置的狀態(tài)下，器件被破壞的風(fēng)險(xiǎn)較高。

　　圖11：蒸汽擴(kuò)散，施加電壓加速

　　當(dāng)施加電功率時(shí)，會(huì)發(fā)生特殊的減速效應(yīng)。電功率會(huì)被轉(zhuǎn)換成電阻層里的焦耳熱。電阻層的溫度會(huì)比環(huán)境溫度高一點(diǎn)，減緩了在漆里面和界面上水匯集處的擴(kuò)散（見(jiàn)圖12）。

　　圖12： 焦耳熱減緩擴(kuò)散

　　這就解釋了由于相應(yīng)的負(fù)載和焦耳熱分別在漆里面和R層里面影響擴(kuò)散過(guò)程，較高電壓的電阻樣品降級(jí)速度較慢的現(xiàn)象。最后，在漆里面失效或缺陷的地方（氣泡，空洞，小孔或由表面引腳的分層引起本地?cái)U(kuò)散），會(huì)強(qiáng)化或引發(fā)毀滅性的的加速，如圖13所示。

　　圖 13： 缺陷加速

　　我們可以得出結(jié)論，對(duì)于特性降級(jí)和預(yù)測(cè)特性降級(jí)，在給定R層或金屬系統(tǒng)時(shí)，漆或塑模的參數(shù)是決定性因子：

　　· 由吸附作用造成水汽滲透，進(jìn)而形成水分子的移動(dòng)?擴(kuò)散；

　　· 漆的可靠性是由低分子物質(zhì)的擴(kuò)散速度決定的；

　　· 為了在漆里保持氣體擴(kuò)散，需要有凈容積；

　　· 依賴于溫度和漆的有機(jī)鏈段的移動(dòng)，在擴(kuò)散的使用和加速過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新的凈容積；

　　· 在界面上或漆里面的空洞會(huì)提高濃度梯度，減緩擴(kuò)散。

　　圖14顯示把測(cè)試數(shù)據(jù)首先臨時(shí)轉(zhuǎn)換成與工況有關(guān)的依賴于Lawson的模型：標(biāo)準(zhǔn)化ΔR / R ≤ 0.2 %：暴露時(shí)間texp與蒸汽壓pvapor。這個(gè)臨時(shí)模型使用明確的物理量pvapor而非RH。溫度與相應(yīng)的蒸汽壓部分相關(guān)?？梢酝茖?dǎo)出加速因子，以年來(lái)表示。

　　圖 14： 蒸汽壓加速，預(yù)測(cè)

　　現(xiàn)在可以回答有關(guān)預(yù)測(cè)的要求了。例如，“在60 °C和45% RH下，保持ΔR / R of ≤ 0.2 %的使用時(shí)間有多長(zhǎng)？”通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算，199 hPa * 0.45 ?90 hPa （數(shù)據(jù)pvapor 見(jiàn)圖9），就可以直接得出在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際偏置濕度條件下，暴露時(shí)間可以達(dá)到15到30年，如圖14所示。

　　這個(gè)模型沒(méi)有全面考慮水?dāng)U散對(duì)溫度的依賴，尤其是較高的溫度和低蒸汽壓的情況。另一個(gè)物理方法能夠更好地考慮這個(gè)影響和實(shí)際擴(kuò)散的依賴以及吸附，這個(gè)方法是必需的。