面向電子元器件老化篩選設(shè)備的設(shè)計(jì)

劉冬喜，陳寬勇

(海拓儀器（江蘇）有限公司，江蘇 蘇州 215100)

電子元器件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，為了保障相關(guān)器件能夠正常運(yùn)作，需要完成電子元器件的老化篩選測(cè)試工作。經(jīng)過(guò)老化篩選設(shè)備的測(cè)試，對(duì)于具有缺陷或失效的電子元件必須嚴(yán)格去除，進(jìn)而提高電子元件應(yīng)用的可靠性和設(shè)備的整體質(zhì)量[1]。加速老化試驗(yàn)機(jī)是通過(guò)將水蒸氣壓力增加到一定程度來(lái)提高環(huán)境應(yīng)力，加速產(chǎn)品的老化進(jìn)程，進(jìn)而縮短測(cè)試周期。通過(guò)設(shè)置在測(cè)試艙后側(cè)的加熱風(fēng)機(jī)來(lái)為測(cè)試艙加熱，然后通過(guò)抽水電動(dòng)機(jī)往腔體中注入一定水量，再通過(guò)設(shè)置在腔體底部的加熱管加熱水體產(chǎn)生水蒸氣，以此形成高溫、高濕、高壓的測(cè)試環(huán)境，為電子元器件的測(cè)試提供支持，其整體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 電子元器件老化篩選設(shè)備截圖

1 電子元器件老化篩選常用方法

電子元器件老化篩選方法可分為常規(guī)篩選方法和特殊環(huán)境篩選方法2種，而一般情況下都是使用常規(guī)篩選方法，具體根據(jù)篩選內(nèi)容的不同，可以分為以下幾種類(lèi)型：

（1）檢查篩選。環(huán)境篩選方法常用技術(shù)包含紫外線(xiàn)技術(shù)、紅外線(xiàn)、X射線(xiàn)、鏡檢等[2]。其中，使用紅外線(xiàn)檢測(cè)電氣元器件能夠?qū)﹄娮釉骷耐獠壳闆r進(jìn)行全面的檢查，剔除外表面出現(xiàn)磨損的部件。X射線(xiàn)篩選主要使X射線(xiàn)作用于電子元件管殼的內(nèi)部和外部，檢查管殼內(nèi)外是否含有外來(lái)物質(zhì)以及裝片，了解電子元器件的封裝問(wèn)題、鍵合缺陷。

（2）密封篩選。密封篩選能夠檢查出電子元器件的密封性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在性能缺陷的元器件。

（3）環(huán)境應(yīng)力篩選。環(huán)境應(yīng)力體現(xiàn)在不同環(huán)境下電子元器件的應(yīng)力表現(xiàn)，這種表現(xiàn)性影響體現(xiàn)在溫度、濕度和振動(dòng)力上[3]。在環(huán)境應(yīng)力篩選作用下能夠檢查出電子元器件的振動(dòng)加速度、溫度循環(huán)、熱沖擊、離心加速度等指標(biāo)是否符合規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)剔除存在偏差的元器件。

2 電子元器件的老化測(cè)試模式與步驟

測(cè)試裝置具有非飽和加速老化試驗(yàn)及飽和高壓加速老化試驗(yàn)2種工作模式：（1）當(dāng)通過(guò)第一加熱裝置調(diào)節(jié)測(cè)試艙內(nèi)的溫度，通過(guò)加濕裝置調(diào)節(jié)測(cè)試艙內(nèi)的濕度及壓力時(shí)，測(cè)試裝置可以進(jìn)行非飽和加速老化試驗(yàn)；（2）只通過(guò)加濕裝置調(diào)節(jié)測(cè)試艙內(nèi)的溫度、濕度及壓力時(shí)，測(cè)試裝置可以進(jìn)行飽和高壓加速老化試驗(yàn)。

2.1 加濕裝置的原理

加濕裝置被用來(lái)測(cè)試水位傳感器、補(bǔ)水裝置密切關(guān)聯(lián)的水箱、水位傳感器。設(shè)備水位傳感器與控制組件的輸入端相連，補(bǔ)水裝置與控制組件的輸出端相連。水位傳感器設(shè)置在加濕桶的頂部并延伸至加濕桶內(nèi)部，當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到加濕桶內(nèi)的水量低于設(shè)定下限值時(shí)，則控制組件控制補(bǔ)水裝置為加濕桶補(bǔ)水。當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到加濕桶內(nèi)的水量高于設(shè)定上限值時(shí)，則控制組件控制補(bǔ)水裝置停止補(bǔ)水，以確保加濕桶內(nèi)存有足夠水量，防止因缺水造成測(cè)試裝置損壞。

2.2 超溫保護(hù)器的設(shè)置

超溫保護(hù)器是通過(guò)溫度傳感器對(duì)環(huán)境溫度自動(dòng)進(jìn)行采樣、即時(shí)監(jiān)控，當(dāng)環(huán)境溫度高于控制設(shè)定值時(shí)控制電路啟動(dòng)，可以設(shè)置控制回差。如溫度還在升，當(dāng)升到設(shè)定的超限報(bào)警溫度點(diǎn)時(shí)，啟動(dòng)超限報(bào)警功能。當(dāng)被控制的溫度不能得到有效的控制時(shí)，為了防止設(shè)備的毀壞還可以通過(guò)跳閘的功能來(lái)停止設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，其原理如圖2所示。第二加熱裝置上設(shè)置有用于檢測(cè)第二加熱裝置溫度的超溫保護(hù)器，當(dāng)超溫保護(hù)器檢測(cè)到第二加熱裝置的溫度高于上限值時(shí)，則第二加熱裝置的電源切斷，防止加濕桶內(nèi)缺水導(dǎo)致的第二加熱裝置干燒，提高測(cè)試裝置的使用安全性。

圖2 過(guò)溫保護(hù)電路原理圖

2.3 分隔箱

在層架與分隔箱的底面之間設(shè)置第一加熱裝置，第一加熱裝置不僅可以快速對(duì)分隔箱內(nèi)部加熱升溫，而且還可以合理布置第一加熱裝置的電源線(xiàn)走向，提高了測(cè)試艙內(nèi)的空間利用。

分隔箱的頂面自?xún)蓚?cè)向中間由下而上的拱起形成圓弧形，這樣的形狀設(shè)置會(huì)使得冷凝水可以順著分隔箱的壁流淌至兩側(cè)，而不會(huì)滴落到被測(cè)器件上，并且當(dāng)測(cè)試艙頂?shù)睦淠蔚椒指粝漤斆鏁r(shí)可以流淌至測(cè)試艙底部，方便聚集回收。

2.4 測(cè)試倉(cāng)的后壁設(shè)置

轉(zhuǎn)接端子與測(cè)試艙的后壁之間通過(guò)密封膠密封固定，防止連接處漏水漏氣，確保測(cè)試艙的密封性。測(cè)試艙的后壁設(shè)置有與測(cè)試艙連通的用于平衡測(cè)試艙內(nèi)氣壓的平衡閥，平衡閥與控制組件的輸出端相連，便于隨時(shí)調(diào)控測(cè)試艙內(nèi)的溫度、濕度及壓力。測(cè)試艙的后壁設(shè)置有與測(cè)試艙連通的用于檢測(cè)測(cè)試艙內(nèi)氣壓的安全閥，當(dāng)安全閥檢測(cè)到測(cè)試艙內(nèi)的氣壓高于設(shè)定上限值時(shí)，則安全閥打開(kāi)；當(dāng)安全閥檢測(cè)到測(cè)試艙內(nèi)的氣壓低于設(shè)定下限值時(shí)，則安全閥關(guān)閉，防止測(cè)試艙內(nèi)壓力過(guò)大而發(fā)生爆炸。

2.5 冷凝器和壓力表的設(shè)置

箱體內(nèi)還設(shè)置有用于冷卻測(cè)試艙內(nèi)水蒸氣的冷凝器，可以在測(cè)試完成后使測(cè)試艙內(nèi)的水蒸氣快速冷卻液化，提高冷凝水回收的效率。

箱體表面設(shè)置有用于控制測(cè)試裝置運(yùn)行的控制面板和用于顯示測(cè)試艙內(nèi)氣壓的壓力表，控制面板與控制組件通訊連接，提高測(cè)試裝置的操作便捷性，壓力表可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)試艙內(nèi)的氣壓，方便操作人員觀(guān)察。

3 電子元器件老化篩選質(zhì)量控制

3.1 確定科學(xué)的電子元器件篩選方案

（1）在電子元器件裝機(jī)前，設(shè)備維護(hù)管理人員需要及時(shí)排查失效元器件，通過(guò)對(duì)元器件故障的判定和分析來(lái)規(guī)避失效元器件的使用，提升電子元器件質(zhì)量水平。

（2）在開(kāi)展電子元器件篩選工作時(shí)要采取措施降低設(shè)備故障及電子元器件的損耗。首先，去除早期的失效產(chǎn)品；其次，在強(qiáng)力篩選中，提高故障電子元器件的篩選效率，有效避免電子設(shè)備出現(xiàn)新的失效模式；電子元器件篩選中，應(yīng)該考慮元器件的性能，最后按照電子元器件的使用需求，確定科學(xué)化的篩選方案。

3.2 電子元器件設(shè)計(jì)工作中的質(zhì)量控制

（1）按照設(shè)備的使用情況來(lái)選擇適合的元器件，建立元器件選擇目錄，優(yōu)化對(duì)電子元器件的控制和處理。

（2）在工程樣機(jī)設(shè)計(jì)階段要做好電子元器件的測(cè)試和篩選，保障各個(gè)參數(shù)的可靠，規(guī)避電子元器件對(duì)電子設(shè)備的影響。

（3）根據(jù)電子元器件的設(shè)定方案要求，著重關(guān)注元器件的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，按照生產(chǎn)技術(shù)、質(zhì)量等級(jí)和驗(yàn)收條件來(lái)對(duì)電子元器件開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)評(píng)估，提升電子元器件的控制效果。

3.3 電子元器件檢測(cè)工作的質(zhì)量控制

（1）物理技術(shù)檢測(cè)。對(duì)采購(gòu)或者接收的電子元器件開(kāi)展檢測(cè)分析。在具體的電子元器件質(zhì)量控制中，需要使用熱像儀對(duì)設(shè)備的元器件進(jìn)行檢測(cè)，避免設(shè)備工藝質(zhì)量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理問(wèn)題的出現(xiàn)。

（2）在可靠性篩選分析中，設(shè)備維護(hù)管理人員需要應(yīng)用科學(xué)的方法檢測(cè)電器元器件，通過(guò)電子元器件可靠性篩選來(lái)確定操作工藝。

（3）電子元器件的壽命篩選，按照電子元器件存儲(chǔ)壽命、工作壽命等，確定設(shè)備的操作環(huán)境，保證設(shè)備篩選的穩(wěn)定性，為電子元器件的質(zhì)量控制提供技術(shù)支持。第四，建立健全完善的質(zhì)量跟蹤處理方案。結(jié)合電子元器件質(zhì)量特點(diǎn)對(duì)電子元器件實(shí)施跟蹤處理，在安裝好電子元器件之后，為了能夠提升設(shè)備性能需要對(duì)電子元器件開(kāi)展試驗(yàn)整合，詳細(xì)檢查元器件的質(zhì)量，采取措施提升元器件質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，如圖3所示的設(shè)備中，采用了該加速帶電老化測(cè)試的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)在測(cè)試艙外部產(chǎn)生水蒸氣后通入測(cè)試艙，不僅避免了在測(cè)試艙內(nèi)加熱水所產(chǎn)生的隱患，還可以利用水蒸氣形成空氣流動(dòng)，避免了在測(cè)試艙內(nèi)設(shè)置加熱風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)化了測(cè)試艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)，使其可以在進(jìn)行老化試驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行偏壓測(cè)試，對(duì)于提高電子元件老化篩選的可靠性及其設(shè)備的整體質(zhì)量具有重大的作用[4]，并為設(shè)備配置了全球唯一序列號(hào)的RFID標(biāo)識(shí)技術(shù)[5]，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備全生命期的電子追溯，該方案具有普適性和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，可為業(yè)界同行提供參考和借鑒。

圖3 電子元器件老化測(cè)試設(shè)備