电子元器件老化测试系统的研制

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 随着航空、航天、能源工业等领域对电子产品质量的要求日益提高，电子产品的可靠性问题受到了越来越广泛的重视。电子产品在使用过程中会遇到不同的环境温度条件， 在热胀冷缩的应力作用下， 热匹配性能差的电子元器件就容易失效，致使电子产品故障，造成巨大的人力和财力损失。电子元器件的老化和测试就是仿照或者等效产品的使用状态，通过测试，将不合格元器件剔除，将电子产品的质量在加工初期进行有效的控制，以保证电子产品使用的可靠性和稳定性。

针对电子元器件的可靠性与稳定性，我们开发了一种测量精度、自动化程度、可扩展性较高的电子元器件老化测试系统，将高温老化、功率老化、温度循环、性能检测等过程在一套系统中综合实现，不仅可以满足电子元器件不仅能够满足电子元器件产品多样性的需求，还能适应生产线或实验室大批量快速检测的要求。

该系统作为航空、汽车、家电、科研等电子产品生产领域必备的测试设备，用于电阻、电容、电感、二极管、稳压器、变压器、继电器等多种元器件进行老化测试，以检测电子元器件的参数和性能指标随温度变化是否可靠稳定，从而节约成本提高效率。

1系统硬件结构 系统由三大部分组成：测量与控制、调理与路由、温度环境。系统硬件结构如图1所示。测量与控制部分是整个系统的核心，主要组成硬件有LCR表，数字万用表，耐压仪，漏电流测试仪、示波器、信号发生器、功率发生器、精密编程电源等仪器。所有的硬件测量与控制资源通过信号调理和大规模的矩阵路由接入温度控制环境中，可以对各类电子元器件进行环境温度控制和在线测试。

图1 系统硬件结构

计算机通过显示器、鼠标、键盘实现人机交互，并通过GPIB或RS232与LCR表、数字万用表、信等仪器进行通信，控制仪器实现各项测量任务。同时计算机中集成NI公司的数字I/O板卡主要用于系统的状态反馈和动作控制。老化板的辨识、信号通道切换模块的动作、报警灯和蜂鸣器等状态指示的实现都是利用数字I/O板卡配合相应的信号调理电路来完成的。

LCR表主要用于测量元器件的容性、感性阻抗参数，在本系统中主要利用四线法原理检测电阻、电容、电感等参数； 数字万用表主要用于测量元器件的电压和电流等参数，在本系统中主要用于检测功率变压器的输入输出电压和电流、三端稳压器的输入输出电压和电流，二极管的正向压降等参数。

耐压仪可以用于测量元器件的绝缘阻抗和测点间耐压，本系统中主要用于测试继电器、变压器等元器件触点之间的绝缘阻抗和耐压； 漏电流测试仪主要用于电容的耐压测试； 信号发生器和示波器主要用于元器件的输入和输出信号检测，本系统中主要用于三端稳压器的输入和输出波形检测，变压器的输出和输出波形检测； 精密编程电源用于给元器件提供工作电压激励和直流电压偏置。

如图2所示，整个系统测量线路通过信号调理模块和大规模矩阵系统进行路由，最终通过多路复用开关连接测试仪表与被测元器件，这种设计既可以保证测试内容的灵活多样，也可以保证测量线路对不同被测件所产成的误差影响最小，保证多个元器件连续测试的测试一致性和高精度。

矩阵系统是针对环境实验设备专门开发的综合性矩阵系统，可以搭载16块模式为16×8的子矩阵，形成16×96矩阵系统。该系统具有交流250V，3A功率信号的承载能力，同时可以实现10MHz带宽的高频信号通过能力。可是实现矩阵系统之间级联，最多可以16个矩阵系统级联。本系统中采用一个矩阵系统，具有16路仪器资源的接入能力，可以将需要的仪器资源切入测量通道与被测老化板进行连接；4路为公用仪器资源，可以为老化板提供并行的激励。每个老化板的元器件测试数量最多为24个、系统最多可以实现8个元器件老化板的同时测试。

矩阵系统与老化板之间通过多路复用开关进行连接，并在老化板端进行阻抗与屏蔽处理，可以保证任意老化板上任意器件安装位置上被测对象的高精度测量。

图2 系统路由

2系统原理 系统需要人工将元器件安装到老化板上，并插入系统对应的插槽中。系统在进行测试工作之前，会自动检测目前系统中的硬件资源的状态，并对仪器资源进行相应的初始化操作。 在系统自动检测自身状态处于正常测试状态后，会通过数字IO编码检测老化板的插入插槽位置和老化板的类型编号。每个老化板有多个元器件安装，所以系统会利用通断原理检测老化板上元器件的安装情况，建立相应的检测列表和数据存储结构以存放测试数据。

系统按照相应的测试流程和选定测试参数进行温度控制和测试工作，如图3所示。系统最大可以提供-45℃～200℃的温度环境，全温度范围升温时间小于23分钟，降温时间小于25分钟。系统测试过程提供三种模式：指定温度范围内阶梯式升\降温连续测量；多个指定温度点定时保温循环测量；在升\降温过程的指定温度点的恒温老化、室温测量。环境控制精度可以达到±0.1℃。

图3 系统原理

系统通过巡检方式对各个老化板上对应元器件进行性能测试。可以测试元器件的电阻（阻值）、电容（电容、耐压值或漏电流），电感（感抗），三端稳压器（输入输出电压、纹波抑制比）、二极管（正向压降、向击穿电压）、高频变压器（线圈电感、转换比、空载特性、扫频特性），网络变压器（线圈电感、转换比、空载特性、高频特性），功率变压器（线圈电感、转换比、空载特性、负载特性）等。

3软件实现 测试系统软件基于Lab VIEW进行设计开发，主要采用状态机并行处理结构，将事件响应与数据流执行方式有机结合，使整个系统具有较高的稳定性、实时性和可靠性。 软件在功能实现上采用模块化的方式，特定的模块实现特定的功能，主要组成模块有测量驱动模块，控制模块，外部操作驱动模块，硬件维护模块，系统安全保护模块，用户登录与权限管理模块，参数配置模块，数据分析与显示模块，数据存储与输出模块等，如图4所示。

图4软件组成模块

测量驱动模块主要控制仪器实现测量功能；温度控制模块采用闭环控制算法实现对温控箱的温度控制；外部操作驱动模块通过对数字 I/O 端口的监控，完成各种动作状态的监视，并通过报警驱动功能，用报警灯对测试进程及测试结果进行直观的指示；为了生产安全和质量保障的需要，在软件中设计了专门的用户登录与权限管理模块，可以分配管理员与一般操作者两种权限，一般操作者只具有操作权限；软件通过参数配置模块实现传感器检测参数的设定、存储、加载和保存等功能；检测过程中，数据分析与显示模块会对检测参数、测试过程、测量数据与波形、最终结果等进行动态、直观的显示，同时利用数据存储与输出模块将测试结果实时存储在Excel文件中，并可通过数据回放功能对数据进行查看；硬件维护模块实现硬件调试功能，可对各个测量仪器进行维护操作。

4结束语 电子元器件老化测试系统是在我公司电子测试平台的基础上研发的，可以对多种电子元器件的性能参数进行测试，测试精度稳定可靠，系统外观如图5所示。

图5 设备外观

目前已经成功应用与某石油研究院电子元器件的老化测试与性能指标分析，以保证其电子产品在加工及使用过程中的质量与可靠性。

参考文献 [1]黄云.电子元器件可靠性增长的分析技术[J].电子产品可靠性与环境试验.2004, 3:13-16 [2]张冰.一种电子产品老化测试系统的设计与实现[J].工业控制计算机.2007, 20(8):13-14.