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电子产品高温老化的原理

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随着电子技术的发展,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

电子产品高温老化的原理


跟着电子技能的开展,电子产品的集成化程度越来越高,结构越来越纤细,工序越来越多,制作工艺越来越杂乱,这样在制作进程中会发生埋伏缺陷。对一个好的电子产品,不光要求有较高的功能指标,并且还要有较高的安稳性。电子产品的安稳性取决于规划的合理性、元器件功能以及整机制作工艺等要素。现在,国内外遍及选用高温老化工艺来进步电子产品的安稳性和可*性,通过高温老化能够使元器件的缺陷、焊接和安装等出产进程中存在的危险提早露出,确保出厂的产品能经得起时刻的检测。
1 高温老化的机理
电子产品在出产制作时,因规划不合理、原材料或工艺办法方面的原因引起产品的质量问题有两类,第一类是产品的功能参数不合格,出产的产品不符合运用要求;第二类是潜在的缺陷,这类缺陷不能用一般的测验手法发现,而需要在运用进程中逐渐地被露出,如硅片外表污染、安排不安稳、焊接空泛、芯片和管壳热阻匹配不良等等。一般这种缺陷需要在元器件作业于额定功率和正常作业温度下运转一千个小时左右才干悉数被激活(露出)。明显,对每只元器件测验一千个小时是不现实的,所以需要对其施加热应力和偏压,例如进行高温功率应力实验,来加速这类缺陷的提早露出。也便是给电子产品施加热的、电的、机械的或多种归纳的外部应力,模仿严格作业环境,消除加工应力和剩余溶剂等物质,使埋伏毛病提早呈现,赶快使产品通过失效浴盆特性初期阶段,进入高可*的安稳时。电子产品的失效曲线如图1所示。
 




老化后进行电气参数丈量,挑选除掉失效或变值的元器件,尽可能把产品的前期失效消除在正常运用之前。这种为进步电子产品可*度和延伸产品运用寿数,对安稳性进行必要的查核,以便除掉那些有“早逝”缺陷的潜在“个别”(元器件),确保整机优秀品质和期望寿数的工艺便是高温老化的原理。
2 高温老化室空间结构和绝热办法
2.1 老化室的空间安置
依据电子产品高温老化的要求以及我单位的实践情况,对一间厂房进行了改造装饰,其要点放在空间安置和绝热规划上。平面安置如图2所示,房间被分红两部分,外间作为操控室,操控箱悬挂在操控室的墙上。内间作为高温老化室,是由绝热材料构成的密闭空间。顶部选用钢龙骨吊顶,吊顶一角留有活动板以便修理人员进入顶部进行维护,操控室的操控线通过吊顶上部,然后再散布到老化室的各个部分。绝热墙体选用钢龙骨结构,确保有满意的强度和刚度,绝热墙体双面覆防火板,中心填充绝热材料,如岩棉等(25ºc时热导率约0.04w·m-1·k-1)。老化室的门双面覆镀铝锌钢板,中心填充绝热材料,门框与门之间选用硅橡胶密封。后墙推拉窗及前墙观察窗选用双层玻璃结构,具有杰出的密封和绝热效果,一起便于采光和监督。在老化室墙体四角放置四个风机,以便室内空气循环活动,均匀室内空气的温度。




2.2 老化室热平衡核算
老化室内温度升高所需的热量*加热器供给,加热器选用不锈钢铠装结构,加热器之间选用铜排衔接,固定牢*,外面用镀锌铁网进行防护。
不考虑热量流失的抱负条件下,老化室到达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为被老化的产品的均匀比热容(kj·kg-1·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(℃);
实践情况下,密封和绝热不可能是抱负状况,所以,热量丢失是不可避免的。依据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·m-1·k-1),依据老化室的结构及房间六个面的面积核算整个体系的绝热系数ξ(㎡·k·w-1),然后核算出必定时刻内到达最高设定温度整个体系实践所需的热量,这样就可核算出加热器总的理论功率p。最终,依据体系冗余系数η算出加热器总的实践功率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,避免加热器烧红。
3 温度操控体系
此操控体系选用pid操控仪进行温度操控,当通过温度传感器收集的被老化的电子产品的温度违背所期望的给定值时,pid操控仪依据反应的误差进行份额(p)、积分(i)、微分(d)运算,输出一个恰当的操控信号给执行机构(加热器),促进丈量值康复到给定值,到达主动操控温度的意图。
3.1 操控数学模型
操控对象是一个具有滞后环节的一阶体系,操控体系选用闭环延时输出的pid调理方法。pid操控技能比较老练,灵敏可*。
接连调理的pid微分方程为
u=kp(e+ )+u0
关于微机操控而言,要使离散的操控方式迫临于接连的操控方式,采样周期有必要获得满意短,这样,可将描绘体系调理规则的微分方程改变为差分方程,便于编程,完成模仿操控的数字化。
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次的收集所得的误差量
en-1为传感器第n-1次的收集所得的误差量
为份额系数
为积分时刻
为微分时刻
3.2操控器参数的调理
份额运算是指输出操控量与输入量的一阶差商联系。外表份额系数 设定值越大(份额带δ越小),操控的灵敏度越低,设定值越小,操控的灵敏度越高。增大份额系数有利于减小静差,加速体系的呼应,但份额系数过大会使体系发生大的超调,乃至发生震动,使安稳性变差。 积分运算的意图是消除静差。只需误差存在,积分效果将操控量向使误差消除的方向移动。积分时刻是表明积分效果强度的单位。增大积分时刻对减小超调,减小震动有利,使体系趋向安稳,但体系的静差的消除随之减慢。外表设定的积分时刻越短,积分效果越强。份额效果和积分效果是对操控成果的批改动作,呼应较慢。微分效果是为了消除其缺陷而弥补的。微分效果依据误差发生的速度对输出量进行批改,使操控进程赶快康复到本来的操控状况,微分时刻是表明微分效果强度的单位,外表设定的微分时刻越长,则以微分效果进行的批改越强,有利于加速体系的呼应,减小超调,添加安稳性,但降低了体系对扰动的按捺才能,使体系对搅扰过于灵敏。在实践的调试进程中几个方面都要统筹,通过重复调试,使操控器处于最佳状况。
3.2 温度操控体系的结构
  温度操控体系主要由pid操控仪(我公司出产的wp-s805型)、可控硅、可控硅触发器、温度传感器、加热器、操控回路等组成,如图3所示。




由温度传感器收集老化室内的温度,然后把它传给操控仪,操控仪把它与内部设定值进行比较运算,依据误差值输出操控量来调理可控硅导通角的改变的,也便是操控负载电流的改变,从而以闭环的操控方式到达主动控温的意图。 别的,本操控仪还设置了温度上限跳闸维护,这样,当pid操控仪失灵时,能够起到两层维护效果。操控仪通过规范的串行通讯接口与远方核算机相连,后台核算机可调用操控仪的现场数据,可进行操控仪内部数据的设定,并可打印实时温度曲线。

4 结束语
通过两年的实践运转,体系的安稳性和动态呼应性均满意运用的要求,温度操控精度在正负1度之内

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