電子產品高溫老化的應用

    隨著電子技術的發展，電子產(chan) 品的集成化程度越來越高，結構越來越細微，工序越來越多，製造工藝越來越複雜，這樣在製造過程中會(hui) 產(chan) 生潛伏缺陷。對一個(ge) 好的電子產(chan) 品，不但要求有較高的性能指標，而且還要有較高的穩定性。電子產(chan) 品的穩定性取決(jue) 於(yu) 設計的合理性、元器件性能以及整機製造工藝等因素。目前，國內(nei) 外普遍采用高溫老化工藝來提高電子產(chan) 品的穩定性和可靠性，通過高溫老化可以使元器件的缺陷、焊接和裝配等生產(chan) 過程中存在的隱患提前暴露，保證出廠的產(chan) 品能經得起時間的考驗。

1 高溫老化的機理
電子產(chan) 品在生產(chan) 製造時，因設計不合理、原材料或工藝措施方麵的原因引起產(chan) 品的質量問題有兩(liang) 類，*類是產(chan) 品的性能參數不達標，生產(chan) 的產(chan) 品不符合使用要求；第二類是潛在的缺陷，這類缺陷不能用一般的測試手段發現，而需要在使用過程中逐漸地被暴露，如矽片表麵汙染、組織不穩定、焊接空洞、芯片和管殼熱阻匹配不良等等。一般這種缺陷需要在元器件工作於(yu) 額定功率和正常工作溫度下運行一千個(ge) 小時左右才能全部被激活（暴露）。顯然，對每隻元器件測試一千個(ge) 小時是不現實的，所以需要對其施加熱應力和偏壓，例如進行高溫功率應力試驗，來加速這類缺陷的提早暴露。也就是給電子產(chan) 品施加熱的、電的、機械的或多種綜合的外部應力，模擬嚴(yan) 酷工作環境，消除加工應力和殘餘(yu) 溶劑等物質，使潛伏故障提前出現，盡快使產(chan) 品通過失效浴盆特性初期階段，進入高可靠的穩定期。電子產(chan) 品的失效曲線如圖1所示。

老化後進行電氣參數測量，篩選剔除失效或變值的元器件，盡可能把產(chan) 品的早期失效消滅在正常使用之前。這種為(wei) 提高電子產(chan) 品可靠度和延長產(chan) 品使用壽命，對穩定性進行必要的考核，以便剔除那些有“早逝”缺陷的潛在“個(ge) 體(ti) ”（元器件），確保整機品質和期望壽命的工藝就是高溫老化的原理。

2 高溫老化室空間結構和絕熱措施
2.1 老化室的空間布置
根據電子產(chan) 品高溫老化的要求以及我單位的實際情況，對一間廠房進行了改造裝修，其重點放在空間布置和絕熱設計上。平麵布置如圖2所示，房間被分成兩(liang) 部分，外間作為(wei) 控製室，控製箱懸掛在控製室的牆上。內(nei) 間作為(wei) 高溫老化室，是由絕熱材料形成的密閉空間。頂部采用鋼龍骨吊頂，吊頂一角留有活動板以便維修人員進入頂部進行維護，控製室的控製線經過吊頂上部，然後再分布到老化室的各個(ge) 部分。絕熱牆體(ti) 采用鋼龍骨框架，保證有足夠的強度和剛度，絕熱牆體(ti) 兩(liang) 麵覆防火板，中間填充絕熱材料，如岩棉等（25ºC時熱導率約0.04w·m-1·k-1）。老化室的門雙麵覆鍍鋁鋅鋼板，中間填充絕熱材料，門框與(yu) 門之間采用矽橡膠密封。後牆推拉窗及前牆觀察窗采用雙層玻璃結構，具有良好的密封和絕熱效果，同時便於(yu) 采光和監視。在老化室牆體(ti) 四角放置四個(ge) 風機，以便室內(nei) 空氣循環流動，均勻室內(nei) 空氣的溫度。

2.2 老化室熱平衡計算
老化室內(nei) 溫度升高所需的熱量靠加熱器提供，加熱器采用不鏽鋼鎧裝結構，加熱器之間采用銅排連接，固定牢靠，外麵用鍍鋅鐵網進行防護。
不考慮熱量散失的理想條件下，老化室達到設定老化溫度所需的熱量：Q=（c1m1+c2m2）×（T1-T0）
c1為(wei) 老化室內(nei) 空氣的比熱容（約1.005kJ·kg-1·K-1，不同溫度下略有不同）；
c2為(wei) 被老化的產(chan) 品的平均比熱容（kJ·kg-1·K-1）；
m1為(wei) 老化室內(nei) 空氣的質量（kg）；
m2為(wei) 被老化的產(chan) 品的質量（kg）；
t1為(wei) 設定的老化溫度（℃）；
t0為(wei) 老化室的初始環境溫度（℃）；
實際情況下，密封和絕熱不可能是理想狀態，所以，熱量損失是不可避免的。根據空氣和岩棉在初始溫度及zui高設定溫度下的不同熱導率μ（w·m-1·k-1），根據老化室的結構及房間六個(ge) 麵的麵積計算整個(ge) 係統的絕熱係數ξ（㎡·k·w-1）,然後計算出一定時間內(nei) 達到zui高設定溫度整個(ge) 係統實際所需的熱量，這樣就可計算出加熱器總的理論功率P。zui後，根據係統冗餘(yu) 係數η算出加熱器總的實際功率Pt。在定製加熱器時，要考慮各個(ge) 加熱器的電壓等級和接法，是三角形接法，或是星形接法，或者是星形三角形混合接法。加熱器外穿不鏽鋼散熱片，便於(yu) 散熱，防止加熱器燒紅。
3 溫度控製係統
此控製係統采用PID控製儀(yi) 進行溫度控製，當通過溫度傳(chuan) 感器采集的被老化的電子產(chan) 品的溫度偏離所希望的給定值時，PID控製儀(yi) 根據反饋的偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，輸出一個(ge) 適當的控製信號給執行機構（加熱器），促使測量值恢複到給定值，達到自動控製溫度的目的。
3.1 控製數學模型
控製對象是一個(ge) 具有滯後環節的一階係統，控製係統采用閉環延時輸出的PID調節方式。PID控製技術比較成熟，靈活可靠。
連續調節的PID微分方程為(wei)
u=Kp（e+ ）+u0
對於(yu) 微機控製而言，要使離散的控製形式逼近於(yu) 連續的