面向電子元器件老化篩選設備的設計

劉冬喜，陳寬勇

(海拓儀器（江蘇）有限公司，江蘇 蘇州 215100)

電子元器件在運行過程中會發生老化現象，為了保障相關器件能夠正常運作，需要完成電子元器件的老化篩選測試工作。經過老化篩選設備的測試，對于具有缺陷或失效的電子元件必須嚴格去除，進而提高電子元件應用的可靠性和設備的整體質量[1]。加速老化試驗機是通過將水蒸氣壓力增加到一定程度來提高環境應力，加速產品的老化進程，進而縮短測試周期。通過設置在測試艙后側的加熱風機來為測試艙加熱，然后通過抽水電動機往腔體中注入一定水量，再通過設置在腔體底部的加熱管加熱水體產生水蒸氣，以此形成高溫、高濕、高壓的測試環境，為電子元器件的測試提供支持，其整體構成如圖1所示。

圖1 電子元器件老化篩選設備截圖

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篩選方法和特殊環境篩選方法2種，而一般情況下都是使用常規篩選方法，具體根據篩選內容的不同，可以分為以下幾種類型：

（1）檢查篩選。環境篩選方法常用技術包含紫外線技術、紅外線、X射線、鏡檢等[2]。其中，使用紅外線檢測電氣元器件能夠對電子元器件的外部情況進行全面的檢查，剔除外表面出現磨損的部件。X射線篩選主要使X射線作用于電子元件管殼的內部和外部，檢查管殼內外是否含有外來物質以及裝片，了解電子元器件的封裝問題、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，及時發現存在性能缺陷的元器件。

（3）環境應力篩選。環境應力體現在不同環境下電子元器件的應力表現，這種表現性影響體現在溫度、濕度和振動力上[3]。在環境應力篩選作用下能夠檢查出電子元器件的振動加速度、溫度循環、熱沖擊、離心加速度等指標是否符合規范的標準，及時剔除存在偏差的元器件。

2 電子元器件的老化測試模式與步驟

測試裝置具有非飽和加速老化試驗及飽和高壓加速老化試驗2種工作模式：（1）當通過第一加熱裝置調節測試艙內的溫度，通過加濕裝置調節測試艙內的濕度及壓力時，測試裝置可以進行非飽和加速老化試驗；（2）只通過加濕裝置調節測試艙內的溫度、濕度及壓力時，測試裝置可以進行飽和高壓加速老化試驗。

2.1 加濕裝置的原理

加濕裝置被用來測試水位傳感器、補水裝置密切關聯的水箱、水位傳感器。設備水位傳感器與控制組件的輸入端相連，補水裝置與控制組件的輸出端相連。水位傳感器設置在加濕桶的頂部并延伸至加濕桶內部，當水位傳感器檢測到加濕桶內的水量低于設定下限值時，則控制組件控制補水裝置為加濕桶補水。當水位傳感器檢測到加濕桶內的水量高于設定上限值時，則控制組件控制補水裝置停止補水，以確保加濕桶內存有足夠水量，防止因缺水造成測試裝置損壞。

2.2 超溫保護器的設置

超溫保護器是通過溫度傳感器對環境溫度自動進行采樣、即時監控，當環境溫度高于控制設定值時控制電路啟動，可以設置控制回差。如溫度還在升，當升到設定的超限報警溫度點時，啟動超限報警功能。當被控制的溫度不能得到有效的控制時，為了防止設備的毀壞還可以通過跳閘的功能來停止設備繼續運行，其原理如圖2所示。第二加熱裝置上設置有用于檢測第二加熱裝置溫度的超溫保護器，當超溫保護器檢測到第二加熱裝置的溫度高于上限值時，則第二加熱裝置的電源切斷，防止加濕桶內缺水導致的第二加熱裝置干燒，提高測試裝置的使用安全性。

圖2 過溫保護電路原理圖

2.3 分隔箱

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

分隔箱的頂面自兩側向中間由下而上的拱起形成圓弧形，這樣的形狀設置會使得冷凝水可以順著分隔箱的壁流淌至兩側，而不會滴落到被測器件上，并且當測試艙頂的冷凝水滴到分隔箱頂面時可以流淌至測試艙底部，方便聚集回收。

2.4 測試倉的后壁設置

轉接端子與測試艙的后壁之間通過密封膠密封固定，防止連接處漏水漏氣，確保測試艙的密封性。測試艙的后壁設置有與測試艙連通的用于平衡測試艙內氣壓的平衡閥，平衡閥與控制組件的輸出端相連，便于隨時調控測試艙內的溫度、濕度及壓力。測試艙的后壁設置有與測試艙連通的用于檢測測試艙內氣壓的安全閥，當安全閥檢測到測試艙內的氣壓高于設定上限值時，則安全閥打開；當安全閥檢測到測試艙內的氣壓低于設定下限值時，則安全閥關閉，防止測試艙內壓力過大而發生爆炸。

2.5 冷凝器和壓力表的設置

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

箱體表面設置有用于控制測試裝置運行的控制面板和用于顯示測試艙內氣壓的壓力表，控制面板與控制組件通訊連接，提高測試裝置的操作便捷性，壓力表可以實時顯示測試艙內的氣壓，方便操作人員觀察。

3 電子元器件老化篩選質量控制

3.1 確定科學的電子元器件篩選方案

（1）在電子元器件裝機前，設備維護管理人員需要及時排查失效元器件，通過對元器件故障的判定和分析來規避失效元器件的使用，提升電子元器件質量水平。

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

3.2 電子元器件設計工作中的質量控制

（1）按照設備的使用情況來選擇適合的元器件，建立元器件選擇目錄，優化對電子元器件的控制和處理。

（2）在工程樣機設計階段要做好電子元器件的測試和篩選，保障各個參數的可靠，規避電子元器件對電子設備的影響。

（3）根據電子元器件的設定方案要求，著重關注元器件的設計參數和技術指標，按照生產技術、質量等級和驗收條件來對電子元器件開展專項評估，提升電子元器件的控制效果。

3.3 電子元器件檢測工作的質量控制

（1）物理技術檢測。對采購或者接收的電子元器件開展檢測分析。在具體的電子元器件質量控制中，需要使用熱像儀對設備的元器件進行檢測，避免設備工藝質量、內部結構不合理問題的出現。

（2）在可靠性篩選分析中，設備維護管理人員需要應用科學的方法檢測電器元器件，通過電子元器件可靠性篩選來確定操作工藝。

（3）電子元器件的壽命篩選，按照電子元器件存儲壽命、工作壽命等，確定設備的操作環境，保證設備篩選的穩定性，為電子元器件的質量控制提供技術支持。第四，建立健全完善的質量跟蹤處理方案。結合電子元器件質量特點對電子元器件實施跟蹤處理，在安裝好電子元器件之后，為了能夠提升設備性能需要對電子元器件開展試驗整合，詳細檢查元器件的質量，采取措施提升元器件質量。

4 結束語

綜上所述，如圖3所示的設備中，采用了該加速帶電老化測試的設計方案，通過在測試艙外部產生水蒸氣后通入測試艙，不僅避免了在測試艙內加熱水所產生的隱患，還可以利用水蒸氣形成空氣流動，避免了在測試艙內設置加熱風機，簡化了測試艙內的結構，使其可以在進行老化試驗的同時進行偏壓測試，對于提高電子元件老化篩選的可靠性及其設備的整體質量具有重大的作用[4]，并為設備配置了全球唯一序列號的RFID標識技術[5]，實現對設備全生命期的電子追溯，該方案具有普適性和實際的應用價值，可為業界同行提供參考和借鑒。

圖3 電子元器件老化測試設備