面向电子元器件老化筛选设备的设计

刘冬喜，陈宽勇

(海拓仪器（江苏）有限公司，江苏 苏州 215100)

电子元器件在运行过程中会发生老化现象，为了保障相关器件能够正常运作，需要完成电子元器件的老化筛选测试工作。经过老化筛选设备的测试，对于具有缺陷或失效的电子元件必须严格去除，进而提高电子元件应用的可靠性和设备的整体质量[1]。加速老化试验机是通过将水蒸气压力增加到一定程度来提高环境应力，加速产品的老化进程，进而缩短测试周期。通过设置在测试舱后侧的加热风机来为测试舱加热，然后通过抽水电动机往腔体中注入一定水量，再通过设置在腔体底部的加热管加热水体产生水蒸气，以此形成高温、高湿、高压的测试环境，为电子元器件的测试提供支持，其整体构成如图1所示。

图1 电子元器件老化筛选设备截图

1 电子元器件老化筛选常用方法

电子元器件老化筛选方法可分为常规筛选方法和特殊环境筛选方法2种，而一般情况下都是使用常规筛选方法，具体根据筛选内容的不同，可以分为以下几种类型：

（1）检查筛选。环境筛选方法常用技术包含紫外线技术、红外线、X射线、镜检等[2]。其中，使用红外线检测电气元器件能够对电子元器件的外部情况进行全面的检查，剔除外表面出现磨损的部件。X射线筛选主要使X射线作用于电子元件管壳的内部和外部，检查管壳内外是否含有外来物质以及装片，了解电子元器件的封装问题、键合缺陷。

（2）密封筛选。密封筛选能够检查出电子元器件的密封性能，及时发现存在性能缺陷的元器件。

（3）环境应力筛选。环境应力体现在不同环境下电子元器件的应力表现，这种表现性影响体现在温度、湿度和振动力上[3]。在环境应力筛选作用下能够检查出电子元器件的振动加速度、温度循环、热冲击、离心加速度等指标是否符合规范的标准，及时剔除存在偏差的元器件。

2 电子元器件的老化测试模式与步骤

测试装置具有非饱和加速老化试验及饱和高压加速老化试验2种工作模式：（1）当通过第一加热装置调节测试舱内的温度，通过加湿装置调节测试舱内的湿度及压力时，测试装置可以进行非饱和加速老化试验；（2）只通过加湿装置调节测试舱内的温度、湿度及压力时，测试装置可以进行饱和高压加速老化试验。

2.1 加湿装置的原理

加湿装置被用来测试水位传感器、补水装置密切关联的水箱、水位传感器。设备水位传感器与控制组件的输入端相连，补水装置与控制组件的输出端相连。水位传感器设置在加湿桶的顶部并延伸至加湿桶内部，当水位传感器检测到加湿桶内的水量低于设定下限值时，则控制组件控制补水装置为加湿桶补水。当水位传感器检测到加湿桶内的水量高于设定上限值时，则控制组件控制补水装置停止补水，以确保加湿桶内存有足够水量，防止因缺水造成测试装置损坏。

2.2 超温保护器的设置

超温保护器是通过温度传感器对环境温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值时控制电路启动，可以设置控制回差。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。当被控制的温度不能得到有效的控制时，为了防止设备的毁坏还可以通过跳闸的功能来停止设备继续运行，其原理如图2所示。第二加热装置上设置有用于检测第二加热装置温度的超温保护器，当超温保护器检测到第二加热装置的温度高于上限值时，则第二加热装置的电源切断，防止加湿桶内缺水导致的第二加热装置干烧，提高测试装置的使用安全性。

图2 过温保护电路原理图

2.3 分隔箱

在层架与分隔箱的底面之间设置第一加热装置，第一加热装置不仅可以快速对分隔箱内部加热升温，而且还可以合理布置第一加热装置的电源线走向，提高了测试舱内的空间利用。

分隔箱的顶面自两侧向中间由下而上的拱起形成圆弧形，这样的形状设置会使得冷凝水可以顺着分隔箱的壁流淌至两侧，而不会滴落到被测器件上，并且当测试舱顶的冷凝水滴到分隔箱顶面时可以流淌至测试舱底部，方便聚集回收。

2.4 测试仓的后壁设置

转接端子与测试舱的后壁之间通过密封胶密封固定，防止连接处漏水漏气，确保测试舱的密封性。测试舱的后壁设置有与测试舱连通的用于平衡测试舱内气压的平衡阀，平衡阀与控制组件的输出端相连，便于随时调控测试舱内的温度、湿度及压力。测试舱的后壁设置有与测试舱连通的用于检测测试舱内气压的安全阀，当安全阀检测到测试舱内的气压高于设定上限值时，则安全阀打开；当安全阀检测到测试舱内的气压低于设定下限值时，则安全阀关闭，防止测试舱内压力过大而发生爆炸。

2.5 冷凝器和压力表的设置

箱体内还设置有用于冷却测试舱内水蒸气的冷凝器，可以在测试完成后使测试舱内的水蒸气快速冷却液化，提高冷凝水回收的效率。

箱体表面设置有用于控制测试装置运行的控制面板和用于显示测试舱内气压的压力表，控制面板与控制组件通讯连接，提高测试装置的操作便捷性，压力表可以实时显示测试舱内的气压，方便操作人员观察。

3 电子元器件老化筛选质量控制

3.1 确定科学的电子元器件筛选方案

（1）在电子元器件装机前，设备维护管理人员需要及时排查失效元器件，通过对元器件故障的判定和分析来规避失效元器件的使用，提升电子元器件质量水平。

（2）在开展电子元器件筛选工作时要采取措施降低设备故障及电子元器件的损耗。首先，去除早期的失效产品；其次，在强力筛选中，提高故障电子元器件的筛选效率，有效避免电子设备出现新的失效模式；电子元器件筛选中，应该考虑元器件的性能，最后按照电子元器件的使用需求，确定科学化的筛选方案。

3.2 电子元器件设计工作中的质量控制

（1）按照设备的使用情况来选择适合的元器件，建立元器件选择目录，优化对电子元器件的控制和处理。

（2）在工程样机设计阶段要做好电子元器件的测试和筛选，保障各个参数的可靠，规避电子元器件对电子设备的影响。

（3）根据电子元器件的设定方案要求，着重关注元器件的设计参数和技术指标，按照生产技术、质量等级和验收条件来对电子元器件开展专项评估，提升电子元器件的控制效果。

3.3 电子元器件检测工作的质量控制

（1）物理技术检测。对采购或者接收的电子元器件开展检测分析。在具体的电子元器件质量控制中，需要使用热像仪对设备的元器件进行检测，避免设备工艺质量、内部结构不合理问题的出现。

（2）在可靠性筛选分析中，设备维护管理人员需要应用科学的方法检测电器元器件，通过电子元器件可靠性筛选来确定操作工艺。

（3）电子元器件的寿命筛选，按照电子元器件存储寿命、工作寿命等，确定设备的操作环境，保证设备筛选的稳定性，为电子元器件的质量控制提供技术支持。第四，建立健全完善的质量跟踪处理方案。结合电子元器件质量特点对电子元器件实施跟踪处理，在安装好电子元器件之后，为了能够提升设备性能需要对电子元器件开展试验整合，详细检查元器件的质量，采取措施提升元器件质量。

4 结束语

综上所述，如图3所示的设备中，采用了该加速带电老化测试的设计方案，通过在测试舱外部产生水蒸气后通入测试舱，不仅避免了在测试舱内加热水所产生的隐患，还可以利用水蒸气形成空气流动，避免了在测试舱内设置加热风机，简化了测试舱内的结构，使其可以在进行老化试验的同时进行偏压测试，对于提高电子元件老化筛选的可靠性及其设备的整体质量具有重大的作用[4]，并为设备配置了全球唯一序列号的RFID标识技术[5]，实现对设备全生命期的电子追溯，该方案具有普适性和实际的应用价值，可为业界同行提供参考和借鉴。

图3 电子元器件老化测试设备