作者：王朝志 （北京泛華恒興科技有限公司， 北京 100083）
源自：《自動化博覽》 2011年10月增刊
摘 要：針對電子元器件可靠性問題設計了電子元器件老化測試系統，實現在仿真的溫度環境下對電子元器件進行老化測試，自動檢測出元器件潛在故障缺陷，保證電子產品良好的加工質量與可靠性，為改進生產工藝和提高產品質量提供有效保障。
關鍵詞：元器件 溫度環境 老化測試
Abstract：In this Paper，an burn-in test system is developed for the reliability problem of electronic component. The system features reliable, accurate, high efficiency that meets the needs of electronic component tested in the temperature environment. The system can detect the potential fault，ensure the product quality and reliability.
Key words: Electronic component Temperature environment Burn-in test
引言
隨著航空、航天、能源工業等領域對電子產品質量的要求日益提高，電子產品的可靠性問題受到了越來越廣泛的重視。電子產品在使用過程中會遇到不同的環境溫度條件， 在熱脹冷縮的應力作用下， 熱匹配性能差的電子元器件就容易失效，致使電子產品故障，造成巨大的人力和財力損失。電子元器件的老化和測試就是仿照或者等效產品的使用狀態，通過測試，將不合格元器件剔除，將電子產品的質量在加工初期進行有效的控制，以保證電子產品使用的可靠性和穩定性。
針對電子元器件的可靠性與穩定性，我們開發了一種測量精度、自動化程度、可擴展性較高的電子元器件老化測試系統，將高溫老化、功率老化、溫度循環、性能檢測等過程在一套系統中綜合實現，不僅可以滿足電子元器件不僅能夠滿足電子元器件產品多樣性的需求，還能適應生產線或實驗室大批量快速檢測的要求。
該系統作為航空、汽車、家電、科研等電子產品生產領域必備的測試設備，用于電阻、電容、電感、二極管、穩壓器、變壓器、繼電器等多種元器件進行老化測試，以檢測電子元器件的參數和性能指標隨溫度變化是否可靠穩定，從而節約成本提高效率。
1系統硬件結構
系統由三大部分組成：測量與控制、調理與路由、溫度環境。系統硬件結構如圖1所示。測量與控制部分是整個系統的核心，主要組成硬件有LCR表，數字萬用表，耐壓儀，漏電流測試儀、示波器、信號發生器、功率發生器、精密編程電源等儀器。所有的硬件測量與控制資源通過信號調理和大規模的矩陣路由接入溫度控制環境中，可以對各類電子元器件進行環境溫度控制和在線測試。
圖1 系統硬件結構
計算機通過顯示器、鼠標、鍵盤實現人機交互，并通過GPIB或RS232與LCR表、數字萬用表、信等儀器進行通信，控制儀器實現各項測量任務。同時計算機中集成NI公司的數字I/O板卡主要用于系統的狀態反饋和動作控制。老化板的辨識、信號通道切換模塊的動作、報警燈和蜂鳴器等狀態指示的實現都是利用數字I/O板卡配合相應的信號調理電路來完成的。
LCR表主要用于測量元器件的容性、感性阻抗參數，在本系統中主要利用四線法原理檢測電阻、電容、電感等參數；
數字萬用表主要用于測量元器件的電壓和電流等參數，在本系統中主要用于檢測功率變壓器的輸入輸出電壓和電流、三端穩壓器的輸入輸出電壓和電流，二極管的正向壓降等參數。
耐壓儀可以用于測量元器件的絕緣阻抗和測點間耐壓，本系統中主要用于測試繼電器、變壓器等元器件觸點之間的絕緣阻抗和耐壓；
漏電流測試儀主要用于電容的耐壓測試；
信號發生器和示波器主要用于元器件的輸入和輸出信號檢測，本系統中主要用于三端穩壓器的輸入和輸出波形檢測，變壓器的輸出和輸出波形檢測；
精密編程電源用于給元器件提供工作電壓激勵和直流電壓偏置。
如圖2所示，整個系統測量線路通過信號調理模塊和大規模矩陣系統進行路由，最終通過多路復用開關連接測試儀表與被測元器件，這種設計既可以保證測試內容的靈活多樣，也可以保證測量線路對不同被測件所產成的誤差影響最小，保證多個元器件連續測試的測試一致性和高精度。
矩陣系統是針對環境實驗設備專門開發的綜合性矩陣系統，可以搭載16塊模式為16×8的子矩陣，形成16×96矩陣系統。該系統具有交流250V，3A功率信號的承載能力，同時可以實現10MHz帶寬的高頻信號通過能力。可是實現矩陣系統之間級聯，最多可以16個矩陣系統級聯。本系統中采用一個矩陣系統，具有16路儀器資源的接入能力，可以將需要的儀器資源切入測量通道與被測老化板進行連接；4路為公用儀器資源，可以為老化板提供并行的激勵。每個老化板的元器件測試數量最多為24個、系統最多可以實現8個元器件老化板的同時測試。
矩陣系統與老化板之間通過多路復用開關進行連接，并在老化板端進行阻抗與屏蔽處理，可以保證任意老化板上任意器件安裝位置上被測對象的高精度測量。
圖2 系統路由
2系統原理
系統需要人工將元器件安裝到老化板上，并插入系統對應的插槽中。系統在進行測試工作之前，會自動檢測目前系統中的硬件資源的狀態，并對儀器資源進行相應的初始化操作。
在系統自動檢測自身狀態處于正常測試狀態后，會通過數字IO編碼檢測老化板的插入插槽位置和老化板的類型編號。每個老化板有多個元器件安裝，所以系統會利用通斷原理檢測老化板上元器件的安裝情況，建立相應的檢測列表和數據存儲結構以存放測試數據。
系統按照相應的測試流程和選定測試參數進行溫度控制和測試工作，如圖3所示。系統最大可以提供-45℃～200℃的溫度環境，全溫度范圍升溫時間小于23分鐘，降溫時間小于25分鐘。系統測試過程提供三種模式：指定溫度范圍內階梯式升\降溫連續測量；多個指定溫度點定時保溫循環測量；在升\降溫過程的指定溫度點的恒溫老化、室溫測量。環境控制精度可以達到±0.1℃。
圖3 系統原理
系統通過巡檢方式對各個老化板上對應元器件進行性能測試。可以測試元器件的電阻（阻值）、電容（電容、耐壓值或漏電流），電感（感抗），三端穩壓器（輸入輸出電壓、紋波抑制比）、二極管（正向壓降、向擊穿電壓）、高頻變壓器（線圈電感、轉換比、空載特性、掃頻特性），網絡變壓器（線圈電感、轉換比、空載特性、高頻特性），功率變壓器（線圈電感、轉換比、空載特性、負載特性）等。
3軟件實現
測試系統軟件基于Lab VIEW進行設計開發，主要采用狀態機并行處理結構，將事件響應與數據流執行方式有機結合，使整個系統具有較高的穩定性、實時性和可靠性。
軟件在功能實現上采用模塊化的方式，特定的模塊實現特定的功能，主要組成模塊有測量驅動模塊，控制模塊，外部操作驅動模塊，硬件維護模塊，系統安全保護模塊，用戶登錄與權限管理模塊，參數配置模塊，數據分析與顯示模塊，數據存儲與輸出模塊等，如圖4所示。
圖4軟件組成模塊
測量驅動模塊主要控制儀器實現測量功能；溫度控制模塊采用閉環控制算法實現對溫控箱的溫度控制；外部操作驅動模塊通過對數字 I/O 端口的監控，完成各種動作狀態的監視，并通過報警驅動功能，用報警燈對測試進程及測試結果進行直觀的指示；為了生產安全和質量保障的需要，在軟件中設計了專門的用戶登錄與權限管理模塊，可以分配管理員與一般操作者兩種權限，一般操作者只具有操作權限；軟件通過參數配置模塊實現傳感器檢測參數的設定、存儲、加載和保存等功能；檢測過程中，數據分析與顯示模塊會對檢測參數、測試過程、測量數據與波形、最終結果等進行動態、直觀的顯示，同時利用數據存儲與輸出模塊將測試結果實時存儲在Excel文件中，并可通過數據回放功能對數據進行查看；硬件維護模塊實現硬件調試功能，可對各個測量儀器進行維護操作。
4結束語
電子元器件老化測試系統是在我公司電子測試平臺的基礎上研發的，可以對多種電子元器件的性能參數進行測試，測試精度穩定可靠，系統外觀如圖5所示。
圖5 設備外觀
目前已經成功應用與某石油研究院電子元器件的老化測試與性能指標分析，以保證其電子產品在加工及使用過程中的質量與可靠性。
參考文獻
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