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电子设备的烧入测试是什么?

关键要点:

  • 烤机试验是在电子设备公开发布之前进行的一种特殊类型的应力测试,使用高温和/或高电压的组合来确定被测试的设备或其中任何一部分在产品寿命的早期阶段是否容易发生故障或故障。
  • 浴缸曲线是一个数学函数,它将给定产品的故障率与该产品使用的时间量相关联。
  • 进行烤机测试通常需要四样东西:待测试的设备或组件、印刷电路板(pcb)、插座和特殊的烤箱。
  • 像苹果、戴尔、惠普、东芝和ibm等计算机制造商以及lg等智能电视制造商都使用烤机测试。

什么是烤机测试?

残酷的事实是,所有事物都会凋零和腐朽,都是不完美、容易出错的,因此有可能在很多方面磨损、破裂或发生故障。基于这个认识,许多公司在产品上架之前就对其进行了严格的测试。通过预测他们的商品在正常使用过程中可能遇到的各种压力,甚至通过给予更大于正常的压力,这些公司可以延长产品的寿命,降低平均维护或更换成本,并且总体上提高质量。这都是打造一个更好的捕鼠器的一部分。

像lg这样的公司在制造之前对其产品进行烤机测试。

©grzegorz czapski/shutterstock.com

但如果你想要构建的东西比捕鼠器复杂一点呢?如果它是一个镶嵌着数百万甚至数十亿微小半导体的先进cpu,或者是一个旨在为用户提供最清晰、最生动显示效果的液晶显示器或电视屏幕呢?

电子设备有自己的一套特殊测试标准。这些标准源于电子制造商为自己设定的产品质量目标,以及产品将发布的国家或地区的任何法规要求。其中一些最重要的标准与所谓的烤机测试有关。

烤机测试是一种特殊的程序,旨在检测电子设备的早期故障或故障,并允许制造商进行更正。这项测试可以在整个设备或模块上进行,也可以分别在该设备的每个电子组件上进行。

这个过程被称为烤机,因为它通常涉及将设备暴露在比正常温度高得多的温度下,并观察这种应力如何影响性能。下面,我们将详细描述烤机测试以及围绕其周围的各种方法和技术术语。通过这样做,我们希望阐明这一关键程序的意义和目的,解释其许多变体的利弊,并让您了解电子行业中常常被忽视的一部分。

烤机测试:确切的定义

烧入测试是在电子设备发布之前进行的一种特殊类型的应力测试,它使用高温和/或高电压的组合来确定被测试的设备或其任何部分在产品寿命的早期阶段是否可能出现故障或失效。

根据被测试产品的类型,可以根据各种不同的方法和协议进行测试,但通常持续时间为48至168小时。因此,设备的烧入的目的是尽可能减少其“初期失效”阶段,即所谓的“浴缸曲线”。

烧入测试可以让制造商看到设备的哪个部分有可能出现故障或失效。

©blkstudio/shutterstock.com

烧入测试是如何工作的?

浴缸曲线

在我们开始详细解释烧入测试的机制之前,我们必须解释一下什么是浴缸曲线。

浴缸曲线是工程学中的一个重要工具,特别是在退化建模中。它是一个数学函数,将给定产品(在本例中是半导体或其他电子设备)的故障率与该产品的使用时间关联起来。它被称为浴缸曲线,因为它通常具有类似浴缸轮廓的半椭圆形状。

这个浴缸形状是通过将三个组成函数组合在一起创建的,每个函数与产品寿命的一般时间间隔相关。第一个函数,有时称为“初期失效”函数,与产品的生命周期中的早期阶段相关。当时间为0时,初期失效函数通常从一个相当高的值开始,然后在产品脱离早期阶段后急剧下降。当时间移动到产品生命周期的中后期时,初期失效函数趋于一个低值。这描述了电子元件和设备中常见的早期故障数量较高的情况,这些故障通常是由于各种制造缺陷引起的。

第二个组成函数与产品生命周期的中期阶段相关,旨在跟踪随机故障。由于此类故障是随机的,因此不可能根据个案预测。因此,它们仅在整个产品寿命中表示为某个恒定值。这在图形上以水平线表示。

第三个组成函数映射产品的“老化故障”,即产品由于组件老化和长时间使用而必然发生的故障。当时间为0时,此函数的值也从0开始,随着时间穿过产品的早期和中期阶段,它只会缓慢而逐渐地增加。然后,在进入后期阶段时,老化函数的值突然上升。

浴缸曲线的形状 – 其下降的早期部分,相对平坦的中间部分和上升的后期部分 – 来自这三个组成函数的各个特殊属性,如它们在最显著的时间间隔中所表现的那样。

因此,烧入测试的主要目的之一是获取构建各种电子设备的婴儿死亡率函数所需的信息,从而得到其浴盆曲线的早期部分。然后,可以利用这些信息尽可能减少婴儿死亡率部分的峰值和整体值。

对于那些感兴趣的人,可以在此链接()找到关于浴盆曲线背后的数学详细讨论。

保罗·艾斯勒(paul eisler)于1936年发明了印刷电路板。

烧入测试的机械原理

现在,是时候解释一下关于烧入测试设置和功能的事实了。进行烧入测试通常需要四样东西:待测试的设备或部件、印刷电路板(pcb)、插座和特殊的烧入炉。

pcb用于连接所有相关电子组件并使它们彼此发送信号。几乎今天制造的每个主要电子设备内部都有一个执行此功能的pcb。如果这些部件无法相互发送信号,那么在烧入过程中无法观察设备的各部分如何相互作用,因此pcb显然是测试的关键部分。即使在仅限于一个隔离部件的烧入的情况下,测试仍然需要一个pcb,因为测试人员需要一种电子接口,通过该接口可以在测试进行过程中收集性能数据。

将电子组件连接到pcb并彼此连接的方式有两种。一种方式是通过焊接,这是永久性的。另一种方式是使用插座,插座是一种特殊类型的连接器,旨在高效紧凑地连接小空间中的电路。

有各种类型的插座,每种类型都有其各自的优缺点。然而,任何特定的烧入测试使用的类型都将取决于被测试的设备类型。然而,需要了解的关键是它们都是可拆卸的。这对于测试目的显然很有用,因为它使得在不破坏一般设备设置的情况下轻松删除、更换或调整任何未通过测试的组件。

还有一些专门用于烧入测试的插座。它们具有特殊的功能,在讨论烧入炉时最好进行解释。

烧入炉是整个测试设置中最重要的部分。它实际上是对待测试的电子设备施加热应力的工具。测试人员将待测试的设备放入炉中,并将其设置为测试参数所需的温度。然后,设备将在设定的温度下保持多长时间取决于测试的要求。同时观察和记录设备的性能以及任何其他发生的事情。

大多数老化测试使用的温度范围从125°c到150°c不等,尽管高达180°c的温度也不罕见。通常要求汽车行业将其汽车中的电子组件制作到更高标准,可以在200°c到220°c的范围内进行老化测试。被测试的设备在老化烤箱中持续保持在设定的温度下,时间可以从48小时到168小时不等。对于一些按照特别严格标准构建的高度专业化的射频设备,老化测试可以持续长达1,000小时。然而,这种情况非常罕见。48-168小时的范围几乎涵盖了所有情况。

这个设置比较简单,但随着电子设备变得越来越复杂,测试工程师们遇到了一些问题,需要在各种方面微调程序。首先,半导体即使在正常使用时也会散发一定量的热量。这些热量会与老化烤箱中的热量结合,可能使设备承受比原先预期更大的热应力。这可能看起来不是什么大问题,但由于半导体本身是额外热量的源头,它可能产生超过预期的影响。此外,老化测试期间收集到的数据非常精确到小数点后的许多位。即使是小的干扰也可能打乱平衡,使结果无法使用。

这种微妙平衡存在其他威胁。当工程师们仔细检查老化烤箱时,他们发现热量并不总是均匀分布在烤箱的每个角落。这导致测试结果有小的变化,这些变化取决于某个特定设备放置在烤箱中的位置。

为了克服这些困难,工程师们决定在堆叠在烤箱中的pcb上放置特殊类型的插座。这些插座包括像散热器、风扇和液冷系统这样的功能,如果组件变得比测试要求的温度更高,它们可以将其冷却下来;当组件的温度不够高时,它们可以加热它们;还有温度传感器,用于确定上述问题是何时、何地发生的。所有这些都通过专门设计的软件驱动的反馈系统来控制。

结果就是测试所需的理想均匀的热分布。这使得逐渐获得更加准确的结果成为可能。

老化测试的类型

最后需要讨论的是老化测试的类型。广义上来说,有两种类型。一种称为热测试,直接将被测试的设备放在老化烤箱中的预设温度下一段预设的时间里。另一种称为环境压力老化测试,以某个给定的速度和初始温度运行半导体。然后,逐渐提高半导体的运行速度和周围温度。测试会在预定的时间长度或达到预定温度之前持续进行。

存在着各种类型的测试条件,可以对设备进行电荷烧入测试。实际上,它们通常在高温和高电荷下进行测试。值得注意的是,烧入测试只是电子设备经受的许多种质量和寿命测试之一。其他一些测试包括:

  • 电路测试
  • x射线测试
  • 飞针测试
  • 自动检测(aoi)测试

如何进行烧入测试?

如上所述,公司通常通过将希望测试的电子设备放入专门的烧入炉中进行烧入测试。这些炉子上有pcb的架子。将设备放置在pcb上,通过专门设计的插座连接,并根据所认为适当的热量或电压应力进行测试,持续一定的时间。

普通人在家通常无法使用这种专门的设备。但是,在某些情况下,您甚至可以在自己的家中对某些设备进行烧入测试。使用计算机最容易实现这一点。您可以下载特殊类型的pc压力测试和可靠性软件,这些软件将为您的笔记本电脑或台式电脑执行与烧入测试类似的测试。

第一个印刷电路板对其发明者来说并没有带来太多的财务成功,但却为产业带来了新的烧入测试能力。

烧入测试的起源

烧入测试并没有特殊的历史或先驱者,而是随着电子设备本身的发展而发展。随着技术的进步和电子设备变得越来越复杂,全球各国不仅开始制定所有制造商必须遵守的测试和安全标准,而且电子工程师和爱好者自己也开始尝试自己的硬件。

由于这些发展,人们达成了一套有效的测试协议。熟悉其硬件和功能物理学的工程师知道电子设备在日常使用中必须承受的压力类型,因此它们必须通过才能准备投放市场。具体而言,他们知道半导体在工作过程中不可避免地会产生热量和电荷,同时这种热量可能会影响硅和金属组成的元件的物理完整性和可靠性。

电子公司为了保持竞争力,需要确保他们的产品尽可能好。可以在所有这些事实的交汇处检测到烧入测试的出现并不困难。

随着技术的不断发展,相应的程序将根据需要进行细化,通过试错的方式进行改进 – 这个过程至今仍在进行中。

烧入测试的一些应用

烧入测试用于产品测试。它们的目的是通过尽可能减少早期故障的概率,最大化电子设备的质量。对于电子设备来说,这尤为重要,因为它往往比其他类型的产品更容易出现早期故障和故障。通过将无法通过此测试的产品从最终销售给消费者的产品池中清除,制造商可以最大限度地提高产品质量,从而提高客户满意度。

现实世界中的烧入测试示例

烧入测试在电子行业随处可见。像三星、英特尔和台积电这样的全球主要半导体制造商经常使用它们,gpu制造商如nvidia和amd也是如此。像苹果、戴尔、惠普、东芝和ibm这样的计算机制造商都在使用它们,智能电视制造商如lg也是如此。实际上,由于烧入测试在任何类型的电子硬件创建公司的工作中都占据重要地位,进行烧入测试的公司名单将是庞大的。

在较小的规模上,电子爱好者可能会偶尔对他们的计算机或液晶电视进行烧入测试。

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