电子产品高温老化的应用Word格式文档下载.docx
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随着电子技术的进展,电子产品的集成化程度越来越高,结构越来越细微,工序越来越多,制造工艺越来越复杂,如此在制造过程中会产生埋伏缺陷。
对一个好的电子产品,不但要求有较高的性能指标,而且还要有较高的稳固性。
电子产品的稳固性取决于设计的合理性、元器件性能以及整机制造工艺等因素。
目前,国内外普遍采纳高温老化工艺来提高电子产品的稳固性和可靠性,通过高温老化能够使元器件的缺陷、焊接和装配等生产过程中存在的隐患提早暴露,保证出厂的产品能经得起时刻的考查。
1高温老化的机理
电子产品在生产制造时,因设计不合理、原材料或工艺措施方面的缘故引起产品的质量问题有两类,第一类是产品的性能参数不达标,生产的产品不符合使用要求;
第二类是潜在的缺陷,这类缺陷不能用一样的测试手段发觉,而需要在使用过程中逐步地被暴露,如硅片表面污染、组织不稳固、焊接空泛、芯片和管壳热阻匹配不良等等。
一样这种缺陷需要在元器件工作于额定功率和正常工作温度下运行一千个小时左右才能全部被激活(暴露)。
明显,对每只元器件测试一千个小时是不现实的,因此需要对其施加热应力和偏压,例如进行高温功率应力试验,来加速这类缺陷的提早暴露。
也确实是给电子产品施加热的、电的、机械的或多种综合的外部应力,模拟严酷工作环境,排除加工应力和残余溶剂等物质,使埋伏故障提早显现,尽快使产品通过失效浴盆特性初期时期,进入高可靠的稳固期。
电子产品的失效曲线如图1所示。
老化后进行电气参数测量,选择剔除失效或变值的元器件,尽可能把产品的早期失效消灭在正常使用之前。
这种为提高电子产品可靠度和延长产品使用寿命,对稳固性进行必要的考核,以便剔除那些有“早逝”缺陷的潜在“个体”(元器件),确保整机优秀品质和期望寿命的工艺确实是高温老化的原理。
2高温老化室空间结构和绝热措施
2.1老化室的空间布置
依照电子产品高温老化的要求以及我单位的实际情形,对一间厂房进行了改造装修,其重点放在空间布置和绝热设计上。
平面布置如图2所示,房间被分成两部分,外间作为操纵室,操纵箱悬挂在操纵室的墙上。
内间作为高温老化室,是由绝热材料形成的密闭空间。
顶部采纳钢龙骨吊顶,吊顶一角留有活动板以便修理人员进入顶部进行爱护,操纵室的操纵线通过吊顶上部,然后再分布到老化室的各个部分。
绝热墙体采纳钢龙骨框架,保证有足够的强度和刚度,绝热墙体两面覆防火板,中间填充绝热材料,如岩棉等(25º
C时热导率约0.04w·
m-1·
k-1)。
老化室的门双面覆镀铝锌钢板,中间填充绝热材料,门框与门之间采纳硅橡胶密封。
后墙推拉窗及前墙观看窗采纳双层玻璃结构,具有良好的密封和绝热成效,同时便于采光和监视。
在老化室墙体四角放置四个风机,以便室内空气循环流淌,平均室内空气的温度。
2.2老化室热平稳运算
老化室内温度升高所需的热量靠加热器提供,加热器采纳不锈钢铠装结构,加热器之间采纳铜排连接,固定牢靠,别处用镀锌铁网进行防护。
不考虑热量散失的理想条件下,老化室达到设定老化温度所需的热量:
Q=(c1m1+c2m2)×
(T1-T0)
c1为老化室内空气的比热容(约1.005kJ·
kg-1·
K-1,不同温度下略有不同);
c2为被老化的产品的平均比热容(kJ·
K-1);
m1为老化室内空气的质量(kg);
m2为被老化的产品的质量(kg);
t1为设定的老化温度(℃);
t0为老化室的初始环境温度(℃);
实际情形下,密封和绝热不可能是理想状态,因此,热量缺失是不可幸免的。
依照空气和岩棉在初始温度及最高设定温度下的不同热导率μ(w·
k-1),依照老化室的结构及房间六个面的面积运算整个系统的绝热系数ξ(㎡·
k·
w-1),然后运算出一定时刻内达到最高设定温度整个系统实际所需的热量,如此就可运算出加热器总的理论功率P。
最后,依照系统冗余系数η算出加热器总的实际功率Pt。
在定制加热器时,要考虑各个加热器的电压等级和接法,是三角形接法,或是星形接法,或者是星形三角形混合接法。
加热器外穿不锈钢散热片,便于散热,防止加热器烧红。
3温度操纵系统
此操纵系统采纳PID操纵仪进行温度操纵,当通过温度传感器采集的被老化的电子产品的温度偏离所期望的给定值时,PID操纵仪依照反馈的偏差进行比例(P)、积分(I)、微分(D)运算,输出一个适当的操纵信号给执行机构(加热器),促使测量值复原到给定值,达到自动操纵温度的目的。
3.1操纵数学模型
操纵对象是一个具有滞后环节的一阶系统,操纵系统采纳闭环延时输出的PID调剂方式。
PID操纵技术比较成熟,灵活可靠。
连续调剂的PID微分方程为
u=Kp(e+)+u0
关于微机操纵而言,要使离散的操纵形式靠近于连续的操纵形式,采样周期必须取得足够短,如此,可将描述系统调剂规律的微分方程改变为差分方程,便于编程,实现模拟操纵的数字化。
PID差分方程为
Un=[en+·
T+()]+U0
Un为第n次的输出量
U0为初始的输出量
en为传感器第n次的采集所得的偏差量
en-1为传感器第n-1次的采集所得的偏差量
为比例系数
为积分时刻
为微分时刻
3.2操纵器参数的调剂
比例运确实是指输出操纵量与输入量的一阶差商关系。
外表比例系数设定值越大(比例带δ越小),操纵的灵敏度越低,设定值越小,操纵的灵敏度越高。
增大比例系数有利于减小静差,加速系统的响应,但比例系数过大会使系统产生大的超调,甚至产生震荡,使稳固性变差。
积分运算的目的是排除静差。
只要偏差存在,积分作用将操纵量向使偏差排除的方向移动。
积分时刻是表示积分作用强度的单位。
增大积分时刻对减小超调,减小震荡有利,使系统趋向稳固,但系统的静差的排除随之减慢。
外表设定的积分时刻越短,积分作用越强。
比例作用和积分作用是对操纵结果的修正动作,响应较慢。
微分作用是为了排除其缺点而补充的。
微分作用依照偏差产生的速度对输出量进行修正,使操纵过程尽快复原到原先的操纵状态,微分时刻是表示微分作用强度的单位,外表设定的微分时刻越长,则以微分作用进行的修正越强,有利于加快系统的响应,减小超调,增加稳固性,但降低了系统对扰动的抑制能力,使系统对干扰过于敏锐。
在实际的调试过程中几个方面都要兼顾,通过反复调试,使操纵器处于最佳状态。
3.2温度操纵系统的结构
温度操纵系统要紧由PID操纵仪(我公司生产的WP-S805型)、可控硅、可控硅触发器、温度传感器、加热器、操纵回路等组成,如图3所示。
由温度传感器采集老化室内的温度,然后把它传给操纵仪,操纵仪把它与内部设定值进行比较运算,依照偏差值输出操纵量来调剂可控硅导通角的变化的,也确实是操纵负载电流的变化,从而以闭环的操纵形式达到自动控温的目的。
另外,本操纵仪还设置了温度上限跳闸爱护,如此,当PID操纵仪失灵时,能够起到双重爱护作用。
操纵仪通过标准的串行通讯接口与远方运算机相连,后台运算机可调用操纵仪的现场数据,可进行操纵仪内部数据的设定,并可打印实时温度曲线。
4终止语
通过两年的实际运行,系统的稳固性和动态响应性均满足使用的要求,温度操纵精度在正负1度之内。
参考文献
1焦尚仁.微机操纵技术.北京:
轻工业出版社,1988年。
2贾德昌.电子材料.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2000年.
3高维堃等.现代电子工艺技术指南.北京.科学技术文献出版社,2001年.
Applicationofhightemperatureagingforelectronicproduction
【keyword】hightemperatureaging;
PIDcontrol;
adiabatic;
heatbalance;
heatstress
【abstract】theprincipleofhightemperatureagingforelectronicproductionandtheapplicationofahightemperatureagingroomarestatedinthisarticle.
王德东,男,(1970-),93年毕业于西安理工大学,工程师,一直从事机电产品的研究与开发工作。
已获六项省部级科研成果及专利一项。
通信地址:
450001郑州高新技术产业开发区科学大道67号河南思达高科技股份。
Email:
wangdedong7439@sohu
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