评估电子元件的真实寿命 还需老化测试座
发布时间:2022-01-21   动态浏览次数:

  严格的测试过程有助于确保连接器足够耐用,可以承受极端温度,使用周期和其他操作条件。

  设计人员需要知道,他们指定的组件将按照最终产品中的承诺执行。元器件的可靠性可以通过各种测试协议来确保组件的可靠性。这些协议基于组件的类型,使用组件的系统类型,产品或系统的操作环境以及对特定国家和行业法规的遵守,以及其他一些因素。组件可能会接受测试评估各个方面,例如材料的耐用性,它们承受压合和非压合循环的能力,信号完整性,法规遵从性以及其他基准。

  一种重要的测试协议称为老化,该测试过程旨在检测组件中的早期故障并减少在现场出现缺陷和故障的可能性。在老化过程中,该组件会承受极端的工作条件,包括极端温度,高使用周期和高电压。目的是消除有缺陷的组件或使用寿命短的组件,以免它们成为导致系统故障的因素。组件可能会在其使用寿命的三个点发生故障。第一步是早期故障,通常是由防秒但于规格不正确或组件的制造问题所致。当组件在第二阶段发生故障时,通常是由于材料问题或操作异常(例如电涌或使用模式更改)引起的随机故障。在第三阶段,随着产品达到其漫卡使用寿命,部件会由于老化而失效。组件的概资事性能符合预期,但随着时间的流逝,只会磨损。

  进行老化测试可以加速组件的使用,从而过早发现故障以清除有缺陷的零件。通过老化测试的组件很大可能在产品使用寿命内提供可靠的服务。

  老化测试过程正在经历一段时间的创新,这与组件和系统复杂性的增加相对应。随着对组件的需求增加,必须对组件进行测试以承受更大的极端情况。要了解我们目前如何进行测试,我们需要讨论烤箱,插座和印刷电路板(PCB)。我们需要一个测试介绍,被测设备(DUT),能提供信号和电源的DUT测试座,以及对DUT施加高温高压的烤箱。

  老化炉通过在DUT周围循环热量来提供压力测试环境。DUT在处理电信号时也会在烤箱内产生自身的热量。用于老化测试的烤箱正在发展,以适应模拟恶劣环境操作条件所需的不断升高的温度。当前测试温度范围介于125°C(257°F)和150°C(150°F)之间,偶尔有180°C(356°F)。汽车行业一直在努力将老化温度从200°C(392°F)提升到220°C(428°F)。

  他们注意到烤箱中板子的宽度,深度和堆叠高度的温度变化。他们还看到了各个DUT产生的热量变化。为了消除这些变化,将烤箱设置在较低的温度下,例如85°C(185°F)至100°C(212°F)。测试座配备了散热器,温度传感器,风扇和加热器等功能,可帮助单个DUT实现更均匀的老化温度。在加热器,风扇和传感器之间建立了反馈回路,以支持对烤箱中的每个DUT进行更多单独的温度控制。 当前,单个DUT的热管理是一个非常“热门”的话题。工程师正在设计新的方法来模拟烤箱中单个DUT的条件。例如,在某些情况下,在烤箱内可使用液体冷却各个DUT来测试极端功率应用。 即带微控制老化板。

  老化测试座是从PCB到半导体设备的非永久连接。PCB上的接口可以是永久性(焊接)或表面接触安装(半永久性)的。半导体设备(或DUT)的接口却始终是半永久性的。这意味着在完成测试后可以将DUT卸下并替换为另一个DUT。然后可以重复老化过程。在某些老化过程中,几分钟后将DUT卸下,然后使用其他DUT重复该过程。在其他情况下,仅在数千小时的测试后才删除DUT。无论测试是几分钟还是几小时,每次连接另一个DUT时,使用的测试座都必须工作良好。插座通常由高温塑料,导电金属触点以及各种弹簧和硬件制成。老化测试座基本上有两种类型,即翻盖式和下压式。翻盖式测试座是自我描述的。测试座盖将力传递压块再传递到DUT,以保证DUT完美贴合触点,并以翻盖的方式重复工作。通常在一侧有一个销子,在盖子的开口端有一个闩锁,用于将盖子固定到位。这些类型的插座通常是手动操作的(也可以自动,不过要模拟手动动作),也可以使用机械手自动加载和操作。翻盖式测试座有通孔焊接和表面接触类型,后者是近年来众多客户的选择。表面接触类测试座允许轻松卸下和更换测试座,以保持DUT测试的效率。翻盖式插座有LGA封装,BGA封装和QFN QFP SOP TSOP等带引脚的封装形式。这些测试座的测试座为0.4mm至1.27mm。现在,有些尖端的芯片间距已降至0.3mm,甚至0.25mm。这些测试座的尺寸范围也可以容纳非常小的DUT(1mm x 1mm)到非常大的设备(70mm x 70mm)。BGA平台的封装尺寸从6.0mm X 6.0mm到业界最大的60.0mm X 60.0mm封装标准测试座。 下压式测试座的尺寸兼容性稍差一些。在大多数下压式的测试座中,当DUT处于打开状态时,您可以看到DUT的位置。在翻盖式测试座中,DUT通常被盖子盖住。与通常由人或(尽管不那么频繁)由机械手操纵的翻盖式测试座不同,下压式测试座通常由机器压合。向下推测试座顶部,松开时弹簧式闩锁将DUT固定到位。在某些情况下,闩锁会向金属触点提供反作用力。下压式测试座也在经历一些变化,它们越来越多地被制造为表面接触的测试座。表面接触的测试座可将PCB布置得更紧密,如果DUT或插座发生故障,则易于维修与更换。

  在离开讨论插座之前,我们需要讨论冲压探针的问世。探针已经存在多年了,它们由一个铍铜加工的枪管,一个或两个柱塞和一个弹簧组成。有单动弹簧探针和双动弹簧探针,即两个针头塞都在探针管中活动。弹簧探针提供垂直力,并具有各种尖端形状。弹簧探针是一种很好的接触机制。但是,有一些缺点。组装过程不易实现自动化,因此它们可能会有点昂贵。另外,如果没有自动化,大量生产可能会成为一个问题。通过冲压弹簧探针的发明已经解决了这些问题。冲压弹簧探针用金属冲压件代替了加工的探针管,可以快速大量生产。两个冲压件之间特殊的铜片冲型成丝以提供接触力。当针头接触到一起时,两个金属冲压件提供信号路径。

  当弹簧预压到金属冲压件上时,这些探针可以承受一定的压力。这意味着,无论何时将它们安装在PCB上,即使未完全压合,它们也会对板焊盘施加力。这些探针在自动生产设备上进行组装和检查,从而提高了质量和性能,同时降低了人力成本。此外,由于将金属冲压件固定在PCB上,因此这些冲压探针可以自动装入测试座中,从而进一步降低了测试座的成本。 通常,老化探针使用镀金和镍底的镀层,也有使用了一些特殊的镀层,例如镍硼(NiB);但是,这些只能通过昂贵的镀层工艺获得。现在,在大批量,高周期的应用中,银(Ag)镀层已被用作镀金的替代品。传统上,昂贵的银雾沉积是镀银的唯一方法。然而,最近的进展允许以较便宜的卷对卷电镀形式应用镀银,这使其能够在成本基础上与镀金有很大的竞争优势。银是比金更坚硬的材料,并且具有比铜更好的导电性。这意味着在使用时,测试座的的使用寿命更长,从球或焊盘到测试座触点的材料损耗更少,并且接触电阻值更低。较硬且较少的材料损耗意味着更少的测试座针点的脏污,更低的阻抗意味着更少的DUT发热,这意味着可以将老化炉更多的功率分配给其他地方,充分利用老化炉的功率。

  老化板在老化测试中同样起着重要作用。最初,PCB主要由FR-4材料构成。如今,在不涉及高频信号或极端温度的测试应用中,通常使用G10材料。关于老化板的电源管理方面,也是朝着最大限度提升测试座数量的方向努力的。测试座减的较小间距可以增加更多的测试座,但是支持这么多测试座测试的功率是一个问题。测试座的密度约密时,布线需要更多的板层数,这会增加PCB的厚度。当今的标准刻录板的厚度为1到20层,而先进技术的板的厚度为20到30层。随着密度的增加,迹线宽度变得越来越小。当前技术采用的走线毫米),先进的技术将其减小到0.003英寸(0.07毫米),在极端情况下甚至降至0.002英寸(0.05毫米)。

  老化过程中涉及大量工作,包括老化炉设计,测试程序设计,DUT设计,测试座设计和PCB设计。由于半导体制造商很难在所有这些领域中培养专业知识,特别是在当前的创新时期(这将测试推向新的高度),许多公司将测试过程中的一部分留给了测试专家。一些制造商购买老化测试炉进行内部测试,并依靠PCB设计公司提供老化板和测试座进行测试。无论公司选择哪种过程,老化测试都是评估并最终提高可靠性的重要方法。下次有人问:“老化是什么?”您可以告诉他们,这是工程师为半导体行业提供可靠性的众多方法之一。www.258181.com