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寧波艾德生儀器有限公司
主營產(chǎn)品： 高溫恒溫試驗(yàn)箱/恒溫試驗(yàn)箱/恒溫恒濕試驗(yàn)機(jī)/恒溫恒濕設(shè)備/恒溫恒濕機(jī)組 |
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2024-10-30
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的集成化程度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越細(xì)微，工序越來越多，制造工藝越來越復(fù)雜，這樣在制造過程中會(huì)產(chǎn)生潛伏缺陷。對(duì)一個(gè)好的電子產(chǎn)品，不但要求有較高的性能指標(biāo)，而且還要有較高的穩(wěn)定性。電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)的合理性、元器件性能以及整機(jī)制造工藝等因素。目前，國內(nèi)外普遍采用高溫老化工藝來提高電子產(chǎn)品的穩(wěn)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(chǎn)過程中存在的隱患提前暴露，保證出廠的產(chǎn)品能經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。
1 高溫老化的機(jī)理
電子產(chǎn)品在生產(chǎn)制造時(shí)，因設(shè)計(jì)不合理、原材料或工藝措施方面的原因引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題有兩類，*類是產(chǎn)品的性能參數(shù)不達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)的產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，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(wěn)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(yùn)行一千個(gè)小時(shí)左右才能全部被激活（暴露）。顯然，對(duì)每只元器件測試一千個(gè)小時(shí)是不現(xiàn)實(shí)的，所以需要對(duì)其施加熱應(yīng)力和偏壓，例如進(jìn)行高溫功率應(yīng)力試驗(yàn)，來加速這類缺陷的提早暴露。也就是給電子產(chǎn)品施加熱的、電的、機(jī)械的或多種綜合的外部應(yīng)力，模擬嚴(yán)酷工作環(huán)境，消除加工應(yīng)力和殘余溶劑等物質(zhì)，使?jié)摲收咸崆俺霈F(xiàn)，盡快使產(chǎn)品通過失效浴盆特性初期階段，進(jìn)入高可靠的穩(wěn)定期。電子產(chǎn)品的失效曲線如圖1所示。
老化后進(jìn)行電氣參數(shù)測量，篩選剔除失效或變值的元器件，盡可能把產(chǎn)品的早期失效消滅在正常使用之前。這種為提高電子產(chǎn)品可靠度和延長產(chǎn)品使用壽命，對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行必要的考核，以便剔除那些有“早逝”缺陷的潛在“個(gè)體”（元器件），確保整機(jī)品質(zhì)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(jié)構(gòu)和絕熱措施
2.1 老化室的空間布置
根據(jù)電子產(chǎn)品高溫老化的要求以及我單位的實(shí)際情況，對(duì)一間廠房進(jìn)行了改造裝修，其重點(diǎn)放在空間布置和絕熱設(shè)計(jì)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(nèi)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(dòng)板以便維修人員進(jìn)入頂部進(jìn)行維護(hù)，控制室的控制線經(jīng)過吊頂上部，然后再分布到老化室的各個(gè)部分。絕熱墻體采用鋼龍骨框架，保證有足夠的強(qiáng)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(shí)熱導(dǎo)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(jié)構(gòu)，具有良好的密封和絕熱效果，同時(shí)便于采光和監(jiān)視。在老化室墻體四角放置四個(gè)風(fēng)機(jī)，以便室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，均勻室內(nèi)空氣的溫度。
2.2 老化室熱平衡計(jì)算
老化室內(nèi)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(jié)構(gòu)，加熱器之間采用銅排連接，固定牢靠，外面用鍍鋅鐵網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)。
不考慮熱量散失的理想條件下，老化室達(dá)到設(shè)定老化溫度所需的熱量：Q=（c1m1+c2m2）×（T1-T0）
c1為老化室內(nèi)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(chǎn)品的平均比熱容（kJ·kg-1·K-1）；
m1為老化室內(nèi)空氣的質(zhì)量（kg）；
m2為被老化的產(chǎn)品的質(zhì)量（kg）；
t1為設(shè)定的老化溫度（℃）；
t0為老化室的初始環(huán)境溫度（℃）；
實(shí)際情況下，密封和絕熱不可能是理想狀態(tài)，所以，熱量損失是不可避免的。根據(jù)空氣和巖棉在初始溫度及zui高設(shè)定溫度下的不同熱導(dǎo)率μ（w·m-1·k-1），根據(jù)老化室的結(jié)構(gòu)及房間六個(gè)面的面積計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的絕熱系數(shù)ξ（㎡·k·w-1）,然后計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到zui高設(shè)定溫度整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際所需的熱量，這樣就可計(jì)算出加熱器總的理論功率P。zui后，根據(jù)系統(tǒng)冗余系數(shù)η算出加熱器總的實(shí)際功率Pt。在定制加熱器時(shí)，要考慮各個(gè)加熱器的電壓等級(jí)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(tǒng)
此控制系統(tǒng)采用PID控制儀進(jìn)行溫度控制，當(dāng)通過溫度傳感器采集的被老化的電子產(chǎn)品的溫度偏離所希望的給定值時(shí)，PID控制儀根據(jù)反饋的偏差進(jìn)行比例（P）、積分（I）、微分（D）運(yùn)算，輸出一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（加熱器），促使測量值恢復(fù)到給定值，達(dá)到自動(dòng)控制溫度的目的。
3.1 控制數(shù)學(xué)模型
控制對(duì)象是一個(gè)具有滯后環(huán)節(jié)的一階系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用閉環(huán)延時(shí)輸出的PID調(diào)節(jié)方式。PID控制技術(shù)比較成熟，靈活可靠。
連續(xù)調(diào)節(jié)的PID微分方程為
u=Kp（e+ ）+u0
對(duì)于微機(jī)控制而言，要使離散的控制形式逼近于連續(xù)的
