電子(zǐ)產品高(gāo)溫(wēn)老化(huà)的(dí)原(yuán)理

隨著(zhuó)電(diàn)子(zǐ)技術的發展(zhǎn)
，電子(zǐ)產品的(dí)集(jí)成(chéng)化程(chéng)度(dù)越(yuè)來(lái)越高
，結構越(yuè)來越(yuè)細(xì)微
，工(gōng)序越來(lái)越(yuè)多(duō)
，製造(zào)工藝越來越復雜(zá)
，這樣在(zài)製造過(guò)程(chéng)中會產(chǎn)生潛(qián)伏(fú)缺(quē)陷。對一個(gè)好(hǎo)的(dí)電(diàn)子產(chǎn)品
，不但要(yào)求(qiú)有較高的(dí)性(xìng)能(néng)指標(biāo)
，而且(qiě)還要(yào)有較(jiào)高的(dí)穩(wěn)定(dìng)性。電(diàn)子(zǐ)產品的穩定(dìng)性(xìng)取決(jué)於(yú)設(shè)計(jì)的合(hé)理性，元(yuán)器件(jiàn)性(xìng)能以及整(zhěng)機製(zhì)造(zào)工藝等因素。目(mù)前
，國內外普(pǔ)遍(biàn)采用高溫老(lǎo)化工藝來提高(gāo)電(diàn)子產品的(dí)穩定性(xìng)和(hé)可*性(xìng)
，通過(guò)高溫老(lǎo)化可(kě)以使元器件(jiàn)的缺陷(xiàn)，焊接和(hé)裝配等生(shēng)產(chǎn)過(guò)程中(zhōng)存在的隱(yǐn)患提前(qián)暴露
，保(bǎo)證出(chū)廠(chǎng)的產品(pǐn)能經得起(qǐ)時(shí)間的(dí)考(kǎo)驗。
1 高溫老化(huà)的(dí)機理
電(diàn)子產品在生產製(zhì)造時(shí)
，因(yīn)設(shè)計不合(hé)理(lǐ)，原(yuán)材料(liào)或工藝(yì)措施(shī)方(fāng)麵(miàn)的原因引起(qǐ)產品的質(zhì)量問(wèn)題(tí)有(yǒu)兩(liǎng)類
，第(dì)一(yī)類是(shì)產(chǎn)品的性能(néng)參數(shù)不達標
，生產(chǎn)的產品(pǐn)不(bù)符合使(shǐ)用要(yào)求；第二類是潛在的(dí)缺陷(xiàn)
，這(zhè)類缺陷不能(néng)用一(yī)般的測(cè)試手(shǒu)段發(fā)現
，而需(xū)要在(zài)使用(yòng)過(guò)程(chéng)中逐漸(jiàn)地(dì)被暴(bào)露(lòu)
，如(rú)矽片(piàn)表(biǎo)麵(miàn)汙(wū)染(rǎn)，組(zǔ)織不穩定，焊接(jiē)空洞，芯(xīn)片和管(guǎn)殼(ké)熱阻匹配不良(liáng)等等(děng)。一般這(zhè)種缺陷(xiàn)需要在元器(qì)件工作(zuò)於額定功率和正(zhèng)常工作(zuò)溫(wēn)度下(xià)運行一(yī)千(qiān)個(gè)小(xiǎo)時左(zuǒ)右才能全(quán)部被激活（暴(bào)露(lòu)）。顯然(rán)
，對(duì)每隻(zhī)元(yuán)器件測(cè)試一(yī)千(qiān)個(gè)小(xiǎo)時是不現(xiàn)實的
，所以(yǐ)需(xū)要對其施加熱應力和(hé)偏壓
，例如(rú)進行高溫(wēn)功率(shuài)應(yīng)力(lì)試(shì)驗
，來(lái)加速(sù)這類缺(quē)陷的提早暴(bào)露。也就是給電子(zǐ)產品(pǐn)施加熱(rè)的，電的，機(jī)械的或多(duō)種綜合的(dí)外(wài)部應力(lì)
，模(mó)擬嚴酷工作環境
，消除(chú)加工(gōng)應(yīng)力和殘(cán)餘溶劑(jì)等物質(zhì)
，使(shǐ)潛伏(fú)故障(zhàng)提前(qián)出(chū)現
，盡快使(shǐ)產品通(tōng)過(guò)失效(xiào)浴盆特(tè)性初期階(jiē)段(duàn)
，進入(rù)高(gāo)可*的穩定(dìng)期。電(diàn)子產品的(dí)失效曲綫如(rú)圖(tú)1所(suǒ)示。
 

老化後進行(háng)電氣(qì)參數(shù)測(cè)量
，篩選(xuǎn)剔除失效或(huò)變(biàn)值的元器(qì)件(jiàn)
，盡可(kě)能(néng)把產品的早(zǎo)期失(shī)效(xiào)消滅(miè)在(zài)正(zhèng)常使用(yòng)之前。這種為提高電子產品(pǐn)可(kě)*度和延長產(chǎn)品使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)
，對(duì)穩(wěn)定(dìng)性進行必要的考核
，以便剔(tī)除那些(xiē)有“早(zǎo)逝"缺(quē)陷的潛在“個(gè)體"（元(yuán)器件）
，確(què)保(bǎo)整機優秀(xiù)品質和期(qī)望壽命的工藝就是高溫老化的原(yuán)理(lǐ)。
2 高(gāo)溫老化(huà)室(shì)空(kōng)間(jiān)結構(gòu)和絕熱措施
2.1 老(lǎo)化(huà)室的空(kōng)間(jiān)布置(zhì)
根據電子產品(pǐn)高(gāo)溫老化的(dí)要(yào)求以及(jí)我單(dān)位(wèi)的(dí)實際(jì)情(qíng)況
，對一間廠房(fáng)進(jìn)行了改造(zào)裝修(xiū)
，其(qí)重(zhòng)點放(fàng)在空(kōng)間布(bù)置(zhì)和絕熱(rè)設計(jì)上。平(píng)麵(miàn)布置(zhì)如圖(tú)2所示(shì)
，房間被(bèi)分(fēn)成(chéng)兩部分(fēn)
，外間(jiān)作為(wéi)控製室(shì)
，控製(zhì)箱懸(xuán)掛(guà)在(zài)控(kòng)製室(shì)的牆上。內(nèi)間作為高(gāo)溫(wēn)老化室(shì)
，是(shì)由絕熱材(cái)料形(xíng)成(chéng)的密(mì)閉(bì)空(kōng)間。頂部(bù)采(cǎi)用(yòng)鋼龍(lóng)骨(gǔ)吊(diào)頂(dǐng)
，吊頂一(yī)角留(liú)有(yǒu)活動(dòng)板(bǎn)以便(biàn)維修人員進入(rù)頂部進行維(wéi)護
，控製室(shì)的控(kòng)製(zhì)綫經(jīng)過吊頂上(shàng)部
，然後(hòu)再(zài)分布到老化室(shì)的(dí)各(gè)個(gè)部分(fēn)。絕(jué)熱牆體(tǐ)采(cǎi)用鋼龍(lóng)骨(gǔ)框(kuàng)架
，保(bǎo)證有足夠(gòu)的(dí)強度和剛(gāng)度
，絕(jué)熱牆體兩(liǎng)麵覆(fù)防(fáng)火(huǒ)板(bǎn)
，中間填充絕(jué)熱材料(liào)
，如岩棉等(děng)（25ºc時熱(rè)導率約0.04w·m-1·k-1）。老(lǎo)化(huà)室(shì)的門(mén)雙(shuāng)麵(miàn)覆(fù)鍍(dù)鋁鋅鋼板
，中間填(tián)充(chōng)絕(jué)熱材(cái)料
，門(mén)框(kuàng)與門之間(jiān)采(cǎi)用矽(guī)橡(xiàng)膠密(mì)封(fēng)。後(hòu)牆推拉窗及(jí)前(qián)牆觀(guān)察(chá)窗采用雙層玻璃(lí)結構(gòu)
，具(jù)有良(liáng)好(hǎo)的密(mì)封(fēng)和絕(jué)熱效果(guǒ)
，同時便於(yú)采(cǎi)光(guāng)和監視。在老(lǎo)化室(shì)牆體四角(jiǎo)放置(zhì)四(sì)個風(fēng)機(jī)
，以(yǐ)便室(shì)內空(kōng)氣循(xún)環流動
，均匀(yún)室(shì)內空(kōng)氣的(dí)溫(wēn)度。

2.2 老化室熱平衡計(jì)算(suàn)
老化室(shì)內溫度升高所(suǒ)需的熱量(liáng)*加熱器(qì)提(tí)供(gōng)
，加熱(rè)器采(cǎi)用不(bù)鏽(xiù)鋼鎧裝(zhuāng)結(jié)構(gòu)
，加熱(rè)器之(zhī)間采用銅排連接
，固(gù)定牢*
，外麵(miàn)用鍍鋅鐵(tiě)網(wǎng)進行(háng)防(fáng)護(hù)。
不(bù)考(kǎo)慮熱量散(sàn)失的(dí)理想條件下
，老化(huà)室達到設定老(lǎo)化溫(wēn)度所需(xū)的熱量(liáng)：q=(c1m1+c2m2)×(t1-t0)
c1為老(lǎo)化室(shì)內空氣(qì)的(dí)比(bǐ)熱(rè)容（約(yuē)1.005kj·kg-1·k-1
，不同溫度(dù)下(xià)略(lüè)有(yǒu)不同）；
c2為(wéi)被老(lǎo)化(huà)的產(chǎn)品的平均比熱容(róng)（kj·kg-1·k-1）；
m1為老(lǎo)化室內空(kōng)氣(qì)的(dí)質量（kg）；
m2為被(bèi)老化的產(chǎn)品(pǐn)的質量（kg）；
t1為設定的老化(huà)溫(wēn)度（℃）；
t0為老(lǎo)化(huà)室的(dí)初始環境(jìng)溫(wēn)度（℃）；
實(shí)際情(qíng)況(kuàng)下(xià)
，密(mì)封(fēng)和(hé)絕(jué)熱(rè)不可能(néng)是(shì)理想狀態
，所(suǒ)以
，熱(rè)量損失是(shì)不(bù)可避(bì)免(miǎn)的。根據(jù)空氣和岩(yán)棉在(zài)初(chū)始溫度及最高設(shè)定溫(wēn)度下的(dí)不同(tóng)熱(rè)導(dǎo)率(shuài)μ（w·m-1·k-1）
，根(gēn)據老化室的結構及房間六個麵的麵積(jī)計算(suàn)整(zhěng)個(gè)係(xì)統的絕(jué)熱係(xì)數ξ（㎡·k·w-1）,然(rán)後計(jì)算出(chū)一(yī)定(dìng)時間(jiān)內達(dá)到最(zuì)高(gāo)設定溫(wēn)度整個(gè)係統實(shí)際(jì)所需的(dí)熱量(liáng)
，這樣就(jiù)可(kě)計算出加熱器總的理論功率(shuài)p。最(zuì)後(hòu)
，根(gēn)據係統冗餘係數(shù)η算(suàn)出加熱(rè)器(qì)總(zǒng)的(dí)實(shí)際功率pt。在(zài)定製(zhì)加(jiā)熱器時(shí)
，要(yào)考(kǎo)慮(lǜ)各個加(jiā)熱器的(dí)電(diàn)壓等(děng)級和接法(fǎ)
，是(shì)三(sān)角(jiǎo)形接(jiē)法
，或(huò)是(shì)星(xīng)形接法
，或者是(shì)星(xīng)形三角形混(hùn)合接(jiē)法(fǎ)。加熱器外穿不鏽鋼(gāng)散熱片(piàn)
，便於散熱
，防(fáng)止加(jiā)熱(rè)器燒紅。
3 溫(wēn)度(dù)控(kòng)製(zhì)係(xì)統(tǒng)
此控(kòng)製(zhì)係統采用(yòng)pid控(kòng)製儀(yí)進(jìn)行(háng)溫度控製
，當通過溫(wēn)度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)采集(jí)的被(bèi)老化的電(diàn)子產(chǎn)品的溫度(dù)偏(piān)離所希望的給定(dìng)值(zhí)時(shí)
，pid控(kòng)製(zhì)儀(yí)根據反饋(kuì)的(dí)偏(piān)差(chà)進行比例（p），積(jī)分（i），微(wēi)分(fēn)（d）運(yùn)算
，輸出(chū)一(yī)個適(shì)當(dāng)的(dí)控製信(xìn)號(hào)給執(zhí)行(háng)機構（加(jiā)熱(rè)器）
，促(cù)使(shǐ)測量值(zhí)恢復(fù)到給(gěi)定值
，達到(dào)自(zì)動(dòng)控製(zhì)溫(wēn)度的目(mù)的。
3.1 控(kòng)製(zhì)數學模(mó)型(xíng)
控製(zhì)對象是(shì)一(yī)個具有滯後環節的一(yī)階係統
，控(kòng)製係統(tǒng)采(cǎi)用(yòng)閉環延時(shí)輸出的pid調(tiáo)節方(fāng)式。pid控(kòng)製(zhì)技術比較(jiào)成(chéng)熟
，靈(líng)活(huó)可(kě)*。
連續調節的pid微分方程(chéng)為
u=kp(e+ )+u0
對於微機控製而(ér)言
，要(yào)使(shǐ)離(lí)散的控(kòng)製(zhì)形(xíng)式逼近於連續的控(kòng)製形式(shì)
，采(cǎi)樣周期必(bì)須取得(dé)足夠(gòu)短(duǎn)
，這(zhè)樣
，可(kě)將描(miáo)述(shù)係(xì)統(tǒng)調節規(guī)律的微分方程改變(biàn)為差分(fēn)方程
，便於編(biān)程(chéng)
，實(shí)現模擬控(kòng)製的數字(zì)化。
pid差分(fēn)方(fāng)程為(wéi)
un= [en+ ·t+ ( )]+u0
un為第n次的輸出量
u0為初始(shǐ)的(dí)輸出(chū)量
en為傳感(gǎn)器第n次(cì)的采(cǎi)集(jí)所(suǒ)得的偏差(chà)量
en-1為傳感器(qì)第(dì)n-1次(cì)的采(cǎi)集(jí)所得的(dí)偏(piān)差(chà)量
為比(bǐ)例係(xì)數(shù)
為(wéi)積分時(shí)間
為(wéi)微分時間
3.2控製(zhì)器參數的調節(jié)
比例運(yùn)算是(shì)指輸出(chū)控製量(liáng)與(yǔ)輸(shū)入量的(dí)一階差商(shāng)關係(xì)。儀(yí)表(biǎo)比(bǐ)例係數 設定(dìng)值(zhí)越大(dà)（比(bǐ)例(lì)帶δ越小(xiǎo)）
，控(kòng)製(zhì)的靈(líng)敏度越低
，設(shè)定(dìng)值(zhí)越小
，控製(zhì)的(dí)靈(líng)敏度越(yuè)高。增大(dà)比(bǐ)例係(xì)數有利於減(jiǎn)小靜差(chà)
，加(jiā)速(sù)係(xì)統的響(xiǎng)應(yīng)
，但比(bǐ)例係數(shù)過大會(huì)使係統(tǒng)產生大的超(chāo)調(tiáo)
，甚至(zhì)產(chǎn)生震蕩
，使穩(wěn)定性變(biàn)差(chà)。 積分(fēn)運算的(dí)目的是消除(chú)靜(jìng)差(chà)。隻(zhī)要偏(piān)差(chà)存在(zài)
，積分作(zuò)用將(jiāng)控(kòng)製量向使偏(piān)差消除的(dí)方(fāng)向(xiàng)移動(dòng)。積分(fēn)時(shí)間是表示積分作(zuò)用強度的單位(wèi)。增(zēng)大積(jī)分時間對減(jiǎn)小超(chāo)調
，減小震蕩有(yǒu)利
，使係(xì)統(tǒng)趨(qū)向穩(wěn)定
，但係統的靜差(chà)的(dí)消除隨(suí)之減(jiǎn)慢。儀表(biǎo)設定的(dí)積(jī)分時間越短
，積(jī)分作(zuò)用(yòng)越強。比(bǐ)例作用(yòng)和積分作用是對(duì)控製結果(guǒ)的(dí)修正動(dòng)作
，響應較慢(màn)。微(wēi)分作(zuò)用(yòng)是(shì)為了消除其缺點(diǎn)而補(bǔ)充(chōng)的。微(wēi)分作用根(gēn)據(jù)偏差(chà)產生的速度對輸(shū)出(chū)量進行修正(zhèng)
，使控製(zhì)過程(chéng)盡快恢(huī)復到原來的控製狀(zhuàng)態(tài)
，微分(fēn)時間是表示(shì)微(wēi)分作(zuò)用強度的(dí)單(dān)位
，儀表(biǎo)設(shè)定(dìng)的(dí)微分時間越(yuè)長(cháng)
，則(zé)以微(wēi)分作用進行的修正越(yuè)強(qiáng)
，有(yǒu)利於加快係統的(dí)響(xiǎng)應(yīng)
，減小超調
，增(zēng)加穩定性
，但降(jiàng)低(dī)了(liǎo)係統對(duì)擾(rǎo)動的(dí)抑(yì)製能力
，使係統對(duì)幹擾(rǎo)過(guò)於敏感。在實(shí)際的調(tiáo)試(shì)過程(chéng)中(zhōng)幾個方(fāng)麵(miàn)都要(yào)兼顧(gù)
，經過反復(fù)調(tiáo)試
，使(shǐ)控製器處於優(yōu)良狀態。
3.2 溫度控(kòng)製(zhì)係(xì)統的(dí)結(jié)構
　　溫度控製係(xì)統主要由pid控製儀（我公(gōng)司(sī)生產的(dí)wp-s805型），可(kě)控矽(guī)，可控矽觸發器(qì)，溫(wēn)度傳感器，加熱器，控(kòng)製(zhì)回(huí)路等(děng)組成(chéng)
，如圖3所示(shì)。

由(yóu)溫(wēn)度(dù)傳(chuán)感器采集(jí)老(lǎo)化(huà)室(shì)內的溫度
，然(rán)後把它傳(chuán)給控製儀
，控製(zhì)儀(yí)把(bǎ)它與(yǔ)內部(bù)設定值(zhí)進(jìn)行比(bǐ)較運算
，根據(jù)偏差(chà)值(zhí)輸出(chū)控製量來調(tiáo)節(jié)可控(kòng)矽(guī)導通(tōng)角的(dí)變化(huà)的
，也就是(shì)控(kòng)製負載電(diàn)流的變化(huà)
，從而(ér)以閉(bì)環的控(kòng)製(zhì)形式達到(dào)自動(dòng)控溫的(dí)目(mù)的(dí)。 另(lìng)外(wài)
，本(běn)控(kòng)製儀還設(shè)置(zhì)了(liǎo)溫度上(shàng)限(xiàn)跳閘(zhá)保護(hù)
，這(zhè)樣
，當pid控製(zhì)儀(yí)失靈時(shí)
，可以起到(dào)雙重保護作(zuò)用。控(kòng)製儀(yí)通過標(biāo)準的(dí)串(chuàn)行(háng)通(tōng)訊接(jiē)口與(yǔ)遠方(fāng)計(jì)算機(jī)相(xiāng)連
，後台(tái)計(jì)算機(jī)可(kě)調用控(kòng)製(zhì)儀(yí)的(dí)現(xiàn)場(cháng)數據
，可進行控製儀(yí)內(nèi)部數據的設(shè)定(dìng)
，並(bìng)可打印實時(shí)溫(wēn)度(dù)曲綫。