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電子產品高溫老化的應用
閱讀：3475發布時間：2009-9-14
隨著電子技術的發展，電子產品的集成化程度越來越高，結構越來越細微，工序越來越多，制造工藝越來越復雜，這樣在制造過程中會產生潛伏缺陷。對一個好的電子產品，不但要求有較高的性能指標，而且還要有較高的穩定性。電子產品的穩定性取決于設計的合理性、元器件性能以及整機制造工藝等因素。目前，國內外普遍采用高溫老化工藝來提高電子產品的穩定性和可靠性，通過高溫老化可以使元器件的缺陷、焊接和裝配等生產過程中存在的隱患提前暴露，保證出廠的產品能經得起時間的考驗。
1 高溫老化的機理
電子產品在生產制造時，因設計不合理、原材料或工藝措施方面的原因引起產品的質量問題有兩類，*類是產品的性能參數不達標，生產的產品不符合使用要求；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，如硅片表面污染、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于額定功率和正常工作溫度下運行一千個小時左右才能全部被激活（暴露）。顯然，對每只元器件測試一千個小時是不現實的，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。也就是給電子產品施加熱的、電的、機械的或多種綜合的外部應力，模擬嚴酷工作環境，消除加工應力和殘余溶劑等物質，使潛伏故障提前出現，盡快使產品通過失效浴盆特性初期階段，進入高可靠的穩定期。電子產品的失效曲線如圖1所示。
老化后進行電氣參數測量，篩選剔除失效或變值的元器件，盡可能把產品的早期失效消滅在正常使用之前。這種為提高電子產品可靠度和延長產品使用壽命，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“個體”（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。平面布置如圖2所示，房間被分成兩部分，外間作為控制室，控制箱懸掛在控制室的墻上。內間作為高溫老化室，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，控制室的控制線經過吊頂上部，然后再分布到老化室的各個部分。絕熱墻體采用鋼龍骨框架，保證有足夠的強度和剛度，絕熱墻體兩面覆防火板，中間填充絕熱材料，如巖棉等（25ºC時熱導率約0.04w·m-1·k-1）。老化室的門雙面覆鍍鋁鋅鋼板，中間填充絕熱材料，門框與門之間采用硅橡膠密封。后墻推拉窗及前墻觀察窗采用雙層玻璃結構，具有良好的密封和絕熱效果，同時便于采光和監視。在老化室墻體四角放置四個風機，以便室內空氣循環流動，均勻室內空氣的溫度。
2.2 老化室熱平衡計算
老化室內溫度升高所需的熱量靠加熱器提供，加熱器采用不銹鋼鎧裝結構，加熱器之間采用銅排連接，固定牢靠，外面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為老化室內空氣的比熱容（約1.005kJ·kg-1·K-1，不同溫度下略有不同）；
c2為被老化的產品的平均比熱容（kJ·kg-1·K-1）；
m1為老化室內空氣的質量（kg）；
m2為被老化的產品的質量（kg）；
t1為設定的老化溫度（℃）；
t0為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。根據空氣和巖棉在初始溫度及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面的面積計算整個系統的絕熱系數ξ（㎡·k·w-1）,然后計算出一定時間內達到zui高設定溫度整個系統實際所需的熱量，這樣就可計算出加熱器總的理論功率P。zui后，根據系統冗余系數η算出加熱器總的實際功率Pt。在定制加熱器時，要考慮各個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。加熱器外穿不銹鋼散熱片，便于散熱，防止加熱器燒紅。
3 溫度控制系統
此控制系統采用PID控制儀進行溫度控制，當通過溫度傳感器采集的被老化的電子產品的溫度偏離所希望的給定值時，PID控制儀根據反饋的偏差進行比例（P）、積分（I）、微分（D）運算，輸出一個適當的控制信號給執行機構（加熱器），促使測量值恢復到給定值，達到自動控制溫度的目的。
3.1 控制數學模型
控制對象是一個具有滯后環節的一階系統，控制系統采用閉環延時輸出的PID調節方式。PID控制技術比較成熟，靈活可靠。
連續調節的PID微分方程為
u=Kp（e+ ）+u0
對于微機控制而言，要使離散的控制形式逼近于連續的
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