李斌　彭勇

摘要：隨著現(xiàn)代化電子科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品細(xì)致化程度不斷升高，結(jié)構(gòu)逐漸細(xì)化、工序逐漸增加、制造工藝逐漸復(fù)雜，由此在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)埋下了一系列隱患。一個(gè)良好的電子產(chǎn)品，不僅需要在性能層面具備較高的指標(biāo)，同時(shí)還需要擁有較好的穩(wěn)定性能，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用高溫老化工藝，提高電子元器件的可靠性以及穩(wěn)定性。該文主要針對(duì)電子元器件展開的老化測(cè)試工作進(jìn)行論述，然后基于此，對(duì)新型設(shè)備展開研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：電子元器件老化測(cè)試最新設(shè)備研究

中圖分類號(hào)：TN606? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

目前，電子產(chǎn)品在應(yīng)用環(huán)節(jié)會(huì)面臨諸多不同的溫度、環(huán)境條件，一旦受到熱脹冷縮的影響，電子元器件的熱匹配性能就會(huì)降低，導(dǎo)致電子產(chǎn)品產(chǎn)生故障，并在經(jīng)濟(jì)、人力層面造成較大損失。電子元器件的老化測(cè)試工作主要是，剔除一些不符合標(biāo)準(zhǔn)的元器件，從而提升電子產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，當(dāng)前針對(duì)電子元器件的老化測(cè)試，以及最新設(shè)備研究進(jìn)行分析以及探討，就目前現(xiàn)狀而言，擁有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 電子元器件在老化測(cè)試環(huán)節(jié)的系統(tǒng)類型

當(dāng)前，市場(chǎng)中對(duì)于老化測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)踐層面應(yīng)用的方式相對(duì)較多，除去老化系統(tǒng)生產(chǎn)廠家制造的各種通用型號(hào)產(chǎn)品之外，半導(dǎo)體廠家內(nèi)部也自己研發(fā)了一些用于自己應(yīng)用的各類系統(tǒng)。大部分系統(tǒng)都是應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲，并對(duì)電路實(shí)現(xiàn)基本的控制，但是一部分非計(jì)算機(jī)系統(tǒng)只能將LED當(dāng)作狀態(tài)指示器，而且還需要應(yīng)用人工對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲。

目前老化測(cè)試系統(tǒng)可以劃分成如下兩個(gè)類型。

1.1 內(nèi)存老化

內(nèi)存老化測(cè)試環(huán)節(jié)在線路層面實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較容易，全部器件全部都是通過統(tǒng)一的方式進(jìn)行輸入，然后獨(dú)立對(duì)每個(gè)器件進(jìn)行選中，將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀出，然后與原本的數(shù)值之間進(jìn)行比對(duì)分析。因?yàn)榫邆鋽?shù)據(jù)收集、控制的軟件，以及故障數(shù)據(jù)的報(bào)告評(píng)估算法，所以內(nèi)存老化測(cè)試對(duì)于生產(chǎn)商而言相對(duì)比較有用。

1.1.1 易失性內(nèi)存（DRAM、SRAM）

易失性內(nèi)存在測(cè)試環(huán)節(jié)相對(duì)比較容易，原因是不需要特殊的算法或者時(shí)序，就可以反復(fù)多次對(duì)其進(jìn)行擦寫操作。通常情況下，都是全部器件同時(shí)寫入之后，輪流對(duì)每個(gè)器件進(jìn)行選中，數(shù)據(jù)在讀出之后對(duì)其進(jìn)行比對(duì)分析。因?yàn)樵诶匣瘯r(shí)，可以重復(fù)多次進(jìn)行速度較慢的刷新測(cè)試，由此DRAM老化測(cè)試可以為后續(xù)的測(cè)試環(huán)節(jié)節(jié)約大量的時(shí)間。刷新測(cè)試首先需要將所有數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存當(dāng)中，等待一段時(shí)間之后，讓存在缺陷的存儲(chǔ)單元實(shí)現(xiàn)放電操作，再?gòu)膬?nèi)存中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀回，找到存在缺陷的存儲(chǔ)單元。此部分測(cè)試放到老化中，就表明老化之后的測(cè)試流程，不會(huì)再展開此類耗費(fèi)時(shí)間的檢測(cè)，最終節(jié)約了大量的測(cè)試時(shí)間。

1.1.2 非易失性內(nèi)存（EPROM、EEPROM）

非易失性內(nèi)存在測(cè)試環(huán)節(jié)困難程度相對(duì)較高，主要原因是在對(duì)其進(jìn)行寫入前期，需要將內(nèi)部的所有內(nèi)容全部消除，由此導(dǎo)致系統(tǒng)的算法相對(duì)比較困難，一般情況下，還需要應(yīng)用特殊形式的電壓對(duì)接實(shí)行擦除操作。但在測(cè)試環(huán)節(jié)所應(yīng)用到的方式大體類似，將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存之后，再應(yīng)用比較復(fù)雜的算法實(shí)行讀回操作[1]。

1.2 邏輯器件老化測(cè)試

邏輯器件老化測(cè)試在兩種類型中屬于難度最高的一項(xiàng)測(cè)試，主要原因是邏輯產(chǎn)品功能特性相對(duì)較多，而且器件上極有可能沒有選擇通信號(hào)引腳。為了讓一種老化測(cè)試系統(tǒng)能夠更好地契合全部類型的邏輯器件，就需要應(yīng)用海量的輸出、輸入引線，由此系統(tǒng)才能形成多個(gè)引腳器件，一般情況下需要應(yīng)用多種不同的信號(hào)。老化系統(tǒng)還需要配備一個(gè)驅(qū)動(dòng)板，對(duì)于每一個(gè)信號(hào)通路而言，起到的主要作用是引腳驅(qū)動(dòng)器，通常情況下會(huì)在驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)應(yīng)用較大的電流，來克服老化板在負(fù)載層面存在的特征。

輸出信號(hào)要保證，可以針對(duì)需要進(jìn)行老化操作的所有器件類型實(shí)行有效處理。如果老化板在加載環(huán)節(jié)存在問題，需要對(duì)其進(jìn)行分隔操作，劃分出兩個(gè)以上的信號(hào)區(qū)，但是同時(shí)要求電路板上的信號(hào)線，在數(shù)量層面必須加大一倍。大多數(shù)平行輸出信號(hào)，都是由可重新編程以及可以下載的SRAM、預(yù)編程的EPRAM等形成，SRAM在應(yīng)用環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)是，可以使用計(jì)算機(jī)多次進(jìn)行編程，從而讓老化系統(tǒng)可以同時(shí)適合多種不同的產(chǎn)品。目前邏輯器件在老化測(cè)試環(huán)節(jié)，主要包含串行、平行兩種實(shí)現(xiàn)方式。

1.2.1 串行測(cè)試方法

串行測(cè)試相比較于平行測(cè)試而言更加便捷，但是速度相對(duì)較慢，除去每個(gè)器件中的串行信號(hào)返回線之外，老化板上的所有器件一般情況下，需要對(duì)其進(jìn)行并聯(lián)。而且在測(cè)試環(huán)節(jié)，所有數(shù)據(jù)在傳送前期必須對(duì)其展開譯碼操作，由此要求老化板上具備處理數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

1.2.2平行測(cè)試法

此方法在老化環(huán)節(jié)是對(duì)器件進(jìn)行測(cè)試期間速度最快的一種方法，主要原因是有多條信號(hào)線同時(shí)連接在器件的輸出、輸入端口，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)在傳輸期間的體量最大，I/O線的輸入端口主要是由系統(tǒng)測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)其進(jìn)行管控。平行測(cè)試方法包含三種方式。

（1）單引角信號(hào)的返回。

此種方法中所有器件全部采取并聯(lián)操作，但是除去每一個(gè)器件有一個(gè)信號(hào)需要返回到引腳之外，全部器件需要同時(shí)處于工作狀態(tài)，由系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)器件進(jìn)行有效選擇，然后對(duì)信號(hào)返回線路進(jìn)行有效讀取。此種方法與串行測(cè)試方法相對(duì)比較類似，但是信號(hào)引腳通常情況下在檢測(cè)環(huán)節(jié)接收到的是邏輯電平，抑或可以與預(yù)留值進(jìn)行比對(duì)分析的一種脈沖模式。檢測(cè)環(huán)節(jié)所收到的信號(hào)一般情況下表示的都是，器件內(nèi)部自我檢查的一種狀態(tài)，主要是在器件內(nèi)部存在并用來供給測(cè)試環(huán)節(jié)的實(shí)踐應(yīng)用，如若器件不具備自我檢測(cè)功能，只是單純地由系統(tǒng)對(duì)其中的一個(gè)引腳進(jìn)行檢測(cè)，那最終檢測(cè)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)程度將會(huì)被極大地降低。

（2）多引腳信號(hào)的返回。

此種方法與單引角信號(hào)的返回比較相似，但是每個(gè)器件在返回器件的信號(hào)會(huì)更多一些。因?yàn)槊總€(gè)器件擁有更多的返回信號(hào)，所以使這種方式在監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)就需要應(yīng)用更多的返回線路。同時(shí)由于需要大量的返回線路，所以導(dǎo)致系統(tǒng)的總體經(jīng)濟(jì)成本會(huì)不斷上升。目前，在沒有內(nèi)部自檢且復(fù)雜程度相對(duì)較高的電子元器件中，此種方法可能會(huì)被應(yīng)用。

（3）各器件單選法。

如果每個(gè)老化板中的器件能夠與其他器件進(jìn)行分離，系統(tǒng)就可以應(yīng)用不同的選擇方式對(duì)于每個(gè)器件進(jìn)行連接，如若應(yīng)用片選引腳全部器件都需要并聯(lián)，一次只能選中一個(gè)器件用來形成返回信號(hào)。在測(cè)試環(huán)節(jié)系統(tǒng)所供給的專門器件，在選擇信號(hào)時(shí)一次只能選擇一個(gè)，老化室應(yīng)用到的全部器具可以同時(shí)被選中，而且對(duì)相同數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。兩種方法在應(yīng)用期間，全部器件都能夠輪流被選中，老化系統(tǒng)和器件相互之間存在的海量數(shù)據(jù)，由并行總線對(duì)其進(jìn)行傳輸操作。此種方法存在的局限性是，所選擇的器件自身必須克服老化板以及其他沒有選中的部件在感性負(fù)載、容性負(fù)載層面所造成的影響[2]。

2? 影響老化測(cè)試系統(tǒng)性能的因素

2.1 測(cè)試方法的選取

一般情況下，理想狀況是器件在老化制作環(huán)節(jié)耗費(fèi)時(shí)間相對(duì)較少，由此能夠讓總體產(chǎn)量得到有效提升。電能條件如果相對(duì)較為惡劣，就極其容易出現(xiàn)故障現(xiàn)象，所以可以高速展開反復(fù)測(cè)試的系統(tǒng)，能夠極大程度地降低總體老化所耗費(fèi)的時(shí)間。內(nèi)部的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間里切換的次數(shù)數(shù)值越大，器件所承受的考驗(yàn)也就越高，故障產(chǎn)生的時(shí)間也就越早。

2.2 計(jì)算機(jī)主機(jī)和測(cè)試系統(tǒng)相互之間的通信

因?yàn)楣δ軠y(cè)試程序相對(duì)較長(zhǎng)，在對(duì)測(cè)試硬件進(jìn)行具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要盡量提升速度。當(dāng)前，部分系統(tǒng)中應(yīng)用速度相對(duì)較慢的串行通信方式，比如RS-232C抑或相似協(xié)議，而另一部分系統(tǒng)中應(yīng)用的是雙向并行的總線系統(tǒng)，此種方式能夠讓數(shù)據(jù)在流通率層面得到極大程度的提升。

2.3 按照時(shí)間動(dòng)態(tài)性的更改，對(duì)參數(shù)能力進(jìn)行測(cè)試

如若老化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地針對(duì)參數(shù)進(jìn)行更改，就能夠加快一般情況下對(duì)于產(chǎn)品應(yīng)用后期故障的出現(xiàn)率。針對(duì)一些器件架構(gòu)而言，動(dòng)態(tài)信號(hào)功率、直流電壓偏置等發(fā)生的變換，都有可能導(dǎo)致晚期壽命故障更早出現(xiàn)。

2.4 參數(shù)測(cè)試環(huán)節(jié)系統(tǒng)所能提供的能力

如若老化測(cè)試系統(tǒng)可以針對(duì)速度進(jìn)行測(cè)試，就可以獲取類似的失效數(shù)據(jù)，從而在可靠性層面對(duì)其進(jìn)行研究，對(duì)于老化測(cè)試流程的簡(jiǎn)化，能夠起到有效的促進(jìn)作用[3]。

3? 電子元器件在老化測(cè)試環(huán)節(jié)應(yīng)用的最新設(shè)備

傳統(tǒng)形式的老化設(shè)備主要包含老化室以及老化板。老化板是指按照每種產(chǎn)品獨(dú)特的制造以及設(shè)計(jì)形式，所形成的一種印刷式電路板，市場(chǎng)中大多數(shù)公司都可以對(duì)老化板進(jìn)行定制以及設(shè)計(jì)。電子元器件在插到老化板上之后，再將其放入老化室中。老化板的主要作用是通電，抑或經(jīng)過重復(fù)多次的斷電、通電，形成相應(yīng)的脈沖電流、熱膨脹應(yīng)力，從而讓早期故障得到有效加速。

將老化室維持在一個(gè)較高的溫度范圍內(nèi)，也會(huì)加劇早期故障的形成。老化工藝在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要包含老化時(shí)間以及溫度等，可以應(yīng)用理論計(jì)算、數(shù)據(jù)反饋、經(jīng)驗(yàn)法則等形式來具體優(yōu)化以及確定。老化室的溫度數(shù)值通常情況下范圍低于150℃，經(jīng)驗(yàn)法則一般是根據(jù)不同產(chǎn)品存在的不同差異，比如溫度數(shù)值每提升10℃，某一種產(chǎn)品出現(xiàn)故障的概率將會(huì)成倍增加，所以在55℃～60℃的老化室中，產(chǎn)品在失效層面的溫度，要比室溫高出8倍左右的數(shù)值。傳統(tǒng)老化室具備的主要功能就是加熱作用，然后通過人工對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取?，F(xiàn)階段應(yīng)用的老化室大部分都是由電腦對(duì)其進(jìn)行管控，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行捕獲[4]。

要想針對(duì)目前現(xiàn)代化的微電子科技進(jìn)行深層次、精準(zhǔn)化的檢查，就需要應(yīng)用最為先進(jìn)的老化設(shè)備。老化室自身具備的一個(gè)主要功能就是加熱，在老化操作期間處在運(yùn)行狀況下的被測(cè)電子元器件，自身也會(huì)有一定的熱量散發(fā)，從而導(dǎo)致局部的溫度不斷上升，所以在檢測(cè)環(huán)節(jié)需要?jiǎng)澐殖刹煌瑓^(qū)域?qū)ζ溥M(jìn)行分別監(jiān)測(cè)，由此可以對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控。目前，新型的老化室中都擁有空氣循環(huán)系統(tǒng)，主要作用是讓溫度可以保持一致性，與此同時(shí)有效緩解由負(fù)載在工作期間所形成的熱量。以下是當(dāng)前國(guó)際范圍內(nèi)先進(jìn)程度最高的兩種老化室。

3.1 適合應(yīng)用在大規(guī)模大功率的集成電路中

MCC公司生產(chǎn)的HPB-5C老化室，是目前國(guó)際范圍內(nèi)受歡迎程度最廣，且最為先進(jìn)的一個(gè)老化測(cè)試系統(tǒng)。HPB-5C的老化室所提供的功率，能供給最高150W的被測(cè)設(shè)備，并且老化室中的超溫保護(hù)功能、熱控設(shè)備，能夠精準(zhǔn)地針對(duì)設(shè)備溫度進(jìn)行有效測(cè)量，以及檢測(cè)各種大規(guī)模集成形式的電路，在老化環(huán)節(jié)有可能形成的散熱波動(dòng)，保證老化時(shí)間內(nèi)針對(duì)所有設(shè)備應(yīng)用相當(dāng)?shù)臒釕?yīng)力。HPB-5C型的老化室在對(duì)被測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試環(huán)節(jié)，最多同時(shí)可以容納384個(gè)設(shè)備，每一個(gè)設(shè)備在溫度層面都可以對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)、獨(dú)立的管控。每套驅(qū)動(dòng)板可以單獨(dú)布設(shè)試驗(yàn)區(qū)域，測(cè)試期間溫度最高可以達(dá)到150℃，時(shí)鐘頻率最高可達(dá)800MHz，在雙向通道、輸入通道、輸出通道層面的數(shù)字I/O通道，最高可以設(shè)置128個(gè)。每套驅(qū)動(dòng)板中額外配備十六路的程控電源，其中包含8個(gè)低電流的電源、8個(gè)高電流的電源，待測(cè)設(shè)備總電流最高可達(dá)1080A，待測(cè)設(shè)備的總功率最高可以達(dá)到2000W。HPB-5C老化室可以對(duì)于復(fù)雜程度相對(duì)較高的設(shè)備進(jìn)行靈活性的測(cè)試，其中主要包含對(duì)設(shè)備的存儲(chǔ)功能、設(shè)備邏輯進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)配備了內(nèi)部自檢BIST的設(shè)備。HPB-5C老化設(shè)備系統(tǒng)自身容量相對(duì)較大，而且可以同時(shí)針對(duì)不同形式的被測(cè)設(shè)備進(jìn)行有效測(cè)試，能夠讓效益得到有效提升，與此同時(shí)達(dá)到降低成本的目標(biāo)。HPB-5C老化室自身在系統(tǒng)保護(hù)管控層面靈敏性相對(duì)較高，可以在不減少測(cè)試環(huán)節(jié)速度的前提下，對(duì)故障信息進(jìn)行儲(chǔ)存，然后在故障檢測(cè)層面提供更加精準(zhǔn)詳細(xì)的報(bào)告[5]。

3.2 Incal公司生產(chǎn)的低功率XP160系列的老化室

XP160系列的老化室一共包含160個(gè)控制通道，應(yīng)用0.5～5.5V的驅(qū)動(dòng)器，功率最大為25MHz，適合應(yīng)用在數(shù)字集成化的電路產(chǎn)品當(dāng)中。Incal公司研發(fā)的Inspire軟件控制系統(tǒng)，可以對(duì)老化室內(nèi)部各個(gè)區(qū)域的電壓、溫度進(jìn)行有效管控，并實(shí)時(shí)顯示電流、電壓、溫度，不僅可以通過電子郵件的方式進(jìn)行報(bào)警，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。另外，可以分別設(shè)置操作工、技術(shù)員、工程師等不同形式的用戶賬號(hào)訪問權(quán)限，從而實(shí)現(xiàn)更加便捷的管理;同時(shí)，可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行定期的存儲(chǔ)以及記錄，如果遇到緊急狀況能夠自動(dòng)執(zhí)行停機(jī)操作，在辦公電腦上可以單獨(dú)對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，有利于對(duì)老化測(cè)試進(jìn)行文件編輯以及設(shè)置，現(xiàn)階段在行業(yè)內(nèi)部處于領(lǐng)先水準(zhǔn)。Inspire、XP160系列中軟件、硬件的相互組合，在應(yīng)用環(huán)節(jié)大部分都是針對(duì)半導(dǎo)體的電子元器件進(jìn)行老化測(cè)試[6]。

4結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段通常情況下都是采取加速老化的方式，來消除電子產(chǎn)品由于缺陷所導(dǎo)致的諸多故障，提升電子產(chǎn)品在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的可靠性。目前，應(yīng)用到的老化測(cè)試電子產(chǎn)品，特別是集成電路的產(chǎn)品復(fù)雜程度與日俱增，現(xiàn)存的老化系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)代化的諸多需求。所以，研究開發(fā)嶄新的老化測(cè)試平臺(tái)，比如老化室、老化板等新型硬件設(shè)備，以及老化環(huán)節(jié)應(yīng)用到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控、分析、反饋的軟件設(shè)備，是目前急需研究以及解決的一個(gè)主要課題。

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基金項(xiàng)目：本文系廣東省教育廳2021年度工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2021GCZX016）和東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)家雙高計(jì)劃電子信息工程技術(shù)專業(yè)群專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目“電子產(chǎn)品智能化老化測(cè)試設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：ZXF012）成果。

作者簡(jiǎn)介：李斌（1982—），男，工程碩士，副教授，從事智能終端應(yīng)用、算法研究。

彭勇（1976—），男，碩士，副教授，從事智能終端應(yīng)用、算法研究。