电子元器件的老化测试及最新设备研究

李斌　彭勇

摘要：随着现代化电子科学技术的迅猛发展，电子产品细致化程度不断升高，结构逐渐细化、工序逐渐增加、制造工艺逐渐复杂，由此在生产制造环节埋下了一系列隐患。一个良好的电子产品，不仅需要在性能层面具备较高的指标，同时还需要拥有较好的稳定性能，当前国内外普遍应用高温老化工艺，提高电子元器件的可靠性以及稳定性。该文主要针对电子元器件展开的老化测试工作进行论述，然后基于此，对新型设备展开研究，以供参考。

关键词：电子元器件老化测试最新设备研究

中图分类号：TN606   文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

目前，电子产品在应用环节会面临诸多不同的温度、环境条件，一旦受到热胀冷缩的影响，电子元器件的热匹配性能就会降低，导致电子产品产生故障，并在经济、人力层面造成较大损失。电子元器件的老化测试工作主要是，剔除一些不符合标准的元器件，从而提升电子产品的质量。所以，当前针对电子元器件的老化测试，以及最新设备研究进行分析以及探讨，就目前现状而言，拥有极其重要的现实意义。

1  电子元器件在老化测试环节的系统类型

当前，市场中对于老化测试系统在实践层面应用的方式相对较多，除去老化系统生产厂家制造的各种通用型号产品之外，半导体厂家内部也自己研发了一些用于自己应用的各类系统。大部分系统都是应用计算机作为主机，主要对数据进行捕获，并对电路实现基本的控制，但是一部分非计算机系统只能将LED当作状态指示器，而且还需要应用人工对数据进行捕获。

目前老化测试系统可以划分成如下两个类型。

1.1 内存老化

内存老化测试环节在线路层面实现相对比较容易，全部器件全部都是通过统一的方式进行输入，然后独立对每个器件进行选中，将存储的数据读出，然后与原本的数值之间进行比对分析。因为具备数据收集、控制的软件，以及故障数据的报告评估算法，所以内存老化测试对于生产商而言相对比较有用。

1.1.1 易失性内存（DRAM、SRAM）

易失性内存在测试环节相对比较容易，原因是不需要特殊的算法或者时序，就可以反复多次对其进行擦写操作。通常情况下，都是全部器件同时写入之后，轮流对每个器件进行选中，数据在读出之后对其进行比对分析。因为在老化时，可以重复多次进行速度较慢的刷新测试，由此DRAM老化测试可以为后续的测试环节节约大量的时间。刷新测试首先需要将所有数据写入内存当中，等待一段时间之后，让存在缺陷的存储单元实现放电操作，再从内存中对数据进行读回，找到存在缺陷的存储单元。此部分测试放到老化中，就表明老化之后的测试流程，不会再展开此类耗费时间的检测，最终节约了大量的測试时间。

1.1.2 非易失性内存（EPROM、EEPROM）

非易失性内存在测试环节困难程度相对较高，主要原因是在对其进行写入前期，需要将内部的所有内容全部消除，由此导致系统的算法相对比较困难，一般情况下，还需要应用特殊形式的电压对接实行擦除操作。但在测试环节所应用到的方式大体类似，将数据写入内存之后，再应用比较复杂的算法实行读回操作[1]。

1.2 逻辑器件老化测试

逻辑器件老化测试在两种类型中属于难度最高的一项测试，主要原因是逻辑产品功能特性相对较多，而且器件上极有可能没有选择通信号引脚。为了让一种老化测试系统能够更好地契合全部类型的逻辑器件，就需要应用海量的输出、输入引线，由此系统才能形成多个引脚器件，一般情况下需要应用多种不同的信号。老化系统还需要配备一个驱动板，对于每一个信号通路而言，起到的主要作用是引脚驱动器，通常情况下会在驱动环节应用较大的电流，来克服老化板在负载层面存在的特征。

输出信号要保证，可以针对需要进行老化操作的所有器件类型实行有效处理。如果老化板在加载环节存在问题，需要对其进行分隔操作，划分出两个以上的信号区，但是同时要求电路板上的信号线，在数量层面必须加大一倍。大多数平行输出信号，都是由可重新编程以及可以下载的SRAM、预编程的EPRAM等形成，SRAM在应用环节的优势是，可以使用计算机多次进行编程，从而让老化系统可以同时适合多种不同的产品。目前逻辑器件在老化测试环节，主要包含串行、平行两种实现方式。

1.2.1 串行测试方法

串行测试相比较于平行测试而言更加便捷，但是速度相对较慢，除去每个器件中的串行信号返回线之外，老化板上的所有器件一般情况下，需要对其进行并联。而且在测试环节，所有数据在传送前期必须对其展开译码操作，由此要求老化板上具备处理数据的系统。

1.2.2平行测试法

此方法在老化环节是对器件进行测试期间速度最快的一种方法，主要原因是有多条信号线同时连接在器件的输出、输入端口，从而导致数据在传输期间的体量最大，I/O线的输入端口主要是由系统测试环节对其进行管控。平行测试方法包含三种方式。

（1）单引角信号的返回。

此种方法中所有器件全部采取并联操作，但是除去每一个器件有一个信号需要返回到引脚之外，全部器件需要同时处于工作状态，由系统对监测器件进行有效选择，然后对信号返回线路进行有效读取。此种方法与串行测试方法相对比较类似，但是信号引脚通常情况下在检测环节接收到的是逻辑电平，抑或可以与预留值进行比对分析的一种脉冲模式。检测环节所收到的信号一般情况下表示的都是，器件内部自我检查的一种状态，主要是在器件内部存在并用来供给测试环节的实践应用，如若器件不具备自我检测功能，只是单纯地由系统对其中的一个引脚进行检测，那最终检测环节的精准程度将会被极大地降低。

（2）多引脚信号的返回。

此种方法与单引角信号的返回比较相似，但是每个器件在返回器件的信号会更多一些。因为每个器件拥有更多的返回信号，所以使这种方式在监测环节就需要应用更多的返回线路。同时由于需要大量的返回线路，所以导致系统的总体经济成本会不断上升。目前，在没有内部自检且复杂程度相对较高的电子元器件中，此种方法可能会被应用。

（3）各器件单选法。

如果每个老化板中的器件能够与其他器件进行分离，系统就可以应用不同的选择方式对于每个器件进行连接，如若应用片选引脚全部器件都需要并联，一次只能选中一个器件用来形成返回信号。在测试环节系统所供给的专门器件，在选择信号时一次只能选择一个，老化室应用到的全部器具可以同时被选中，而且对相同数据进行接收。两种方法在应用期间，全部器件都能够轮流被选中，老化系统和器件相互之间存在的海量数据，由并行总线对其进行传输操作。此种方法存在的局限性是，所选择的器件自身必须克服老化板以及其他没有选中的部件在感性负载、容性负载层面所造成的影响[2]。

2  影响老化测试系统性能的因素

2.1 测试方法的选取

一般情况下，理想狀况是器件在老化制作环节耗费时间相对较少，由此能够让总体产量得到有效提升。电能条件如果相对较为恶劣，就极其容易出现故障现象，所以可以高速展开反复测试的系统，能够极大程度地降低总体老化所耗费的时间。内部的每个节点在单位时间里切换的次数数值越大，器件所承受的考验也就越高，故障产生的时间也就越早。

2.2 计算机主机和测试系统相互之间的通信

因为功能测试程序相对较长，在对测试硬件进行具体设计环节，需要尽量提升速度。当前，部分系统中应用速度相对较慢的串行通信方式，比如RS-232C抑或相似协议，而另一部分系统中应用的是双向并行的总线系统，此种方式能够让数据在流通率层面得到极大程度的提升。

2.3 按照时间动态性的更改，对参数能力进行测试

如若老化系统可以实时地针对参数进行更改，就能够加快一般情况下对于产品应用后期故障的出现率。针对一些器件架构而言，动态信号功率、直流电压偏置等发生的变换，都有可能导致晚期寿命故障更早出现。

2.4 参数测试环节系统所能提供的能力

如若老化测试系统可以针对速度进行测试，就可以获取类似的失效数据，从而在可靠性层面对其进行研究，对于老化测试流程的简化，能够起到有效的促进作用[3]。

3  电子元器件在老化测试环节应用的最新设备

传统形式的老化设备主要包含老化室以及老化板。老化板是指按照每种产品独特的制造以及设计形式，所形成的一种印刷式电路板，市场中大多数公司都可以对老化板进行定制以及设计。电子元器件在插到老化板上之后，再将其放入老化室中。老化板的主要作用是通电，抑或经过重复多次的断电、通电，形成相应的脉冲电流、热膨胀应力，从而让早期故障得到有效加速。

将老化室维持在一个较高的温度范围内，也会加剧早期故障的形成。老化工艺在设计环节，主要包含老化时间以及温度等，可以应用理论计算、数据反馈、经验法则等形式来具体优化以及确定。老化室的温度数值通常情况下范围低于150℃，经验法则一般是根据不同产品存在的不同差异，比如温度数值每提升10℃，某一种产品出现故障的概率将会成倍增加，所以在55℃～60℃的老化室中，产品在失效层面的温度，要比室温高出8倍左右的数值。传统老化室具备的主要功能就是加热作用，然后通过人工对有关数据进行获取。现阶段应用的老化室大部分都是由电脑对其进行管控，从而对数据进行捕获[4]。

要想针对目前现代化的微电子科技进行深层次、精准化的检查，就需要应用最为先进的老化设备。老化室自身具备的一个主要功能就是加热，在老化操作期间处在运行状况下的被测电子元器件，自身也会有一定的热量散发，从而导致局部的温度不断上升，所以在检测环节需要划分成不同区域对其进行分别监测，由此可以对温度实现精准管控。目前，新型的老化室中都拥有空气循环系统，主要作用是让温度可以保持一致性，与此同时有效缓解由负载在工作期间所形成的热量。以下是当前国际范围内先进程度最高的两种老化室。

3.1 适合应用在大规模大功率的集成电路中

MCC公司生产的HPB-5C老化室，是目前国际范围内受欢迎程度最广，且最为先进的一个老化测试系统。HPB-5C的老化室所提供的功率，能供给最高150W的被测设备，并且老化室中的超温保护功能、热控设备，能够精准地针对设备温度进行有效测量，以及检测各种大规模集成形式的电路，在老化环节有可能形成的散热波动，保证老化时间内针对所有设备应用相当的热应力。HPB-5C型的老化室在对被测设备进行测试环节，最多同时可以容纳384个设备，每一个设备在温度层面都可以对其进行精准、独立的管控。每套驱动板可以单独布设试验区域，测试期间温度最高可以达到150℃，时钟频率最高可达800MHz，在双向通道、输入通道、输出通道层面的数字I/O通道，最高可以设置128个。每套驱动板中额外配备十六路的程控电源，其中包含8个低电流的电源、8个高电流的电源，待测设备总电流最高可达1080A，待测设备的总功率最高可以达到2000W。HPB-5C老化室可以对于复杂程度相对较高的设备进行灵活性的测试，其中主要包含对设备的存储功能、设备逻辑进行测试，同时配备了内部自检BIST的设备。HPB-5C老化设备系统自身容量相对较大，而且可以同时针对不同形式的被测设备进行有效测试，能够让效益得到有效提升，与此同时达到降低成本的目标。HPB-5C老化室自身在系统保护管控层面灵敏性相对较高，可以在不减少测试环节速度的前提下，对故障信息进行储存，然后在故障检测层面提供更加精准详细的报告[5]。

3.2 Incal公司生产的低功率XP160系列的老化室

XP160系列的老化室一共包含160个控制通道，应用0.5～5.5V的驱动器，功率最大为25MHz，适合应用在数字集成化的电路产品当中。Incal公司研发的Inspire软件控制系统，可以对老化室内部各个区域的电压、温度进行有效管控，并实时显示电流、电压、温度，不仅可以通过电子邮件的方式进行报警，还可以对数据进行实时分析。另外，可以分别设置操作工、技术员、工程师等不同形式的用户账号访问权限，从而实现更加便捷的管理;同时，可以对测试数据进行定期的存储以及记录，如果遇到紧急状况能够自动执行停机操作，在办公电脑上可以单独对其进行应用，有利于对老化测试进行文件编辑以及设置，现阶段在行业内部处于领先水准。Inspire、XP160系列中软件、硬件的相互组合，在应用环节大部分都是针对半导体的电子元器件进行老化测试[6]。

4结语

综上所述，现阶段通常情况下都是采取加速老化的方式，来消除电子产品由于缺陷所导致的诸多故障，提升电子产品在设计环节的可靠性。目前，应用到的老化测试电子产品，特别是集成电路的产品复杂程度与日俱增，现存的老化系统无法满足现代化的诸多需求。所以，研究开发崭新的老化测试平台，比如老化室、老化板等新型硬件设备，以及老化环节应用到的数据实时采集、监控、分析、反馈的软件设备，是目前急需研究以及解决的一个主要课题。

参考文献

[1] 潘晓东，魏光辉，万浩江，等.电子设备电磁辐射敏感度测试相关问题研究[J].强激光与粒子束，2020，32（7）：78-84.

[2] 宋鑫，赵胜.电务设备智能测试终端研究[J].铁道通信信号，2019，55（11）：35-36.

[3] 袁可.电子器件测试设备信息监控方法研究[J].科学咨询，2021（38）：70-71.

[4] 徐道猛.面向废弃线路板拆解的高值电子元器件识别与定位方法研究[D].宜昌：三峡大学，2020.

[5] 柏小娟.电子元器件可靠性筛选方案设计[D].西安：西安电子科技大学，2019.

[6] 张祖红.电子器件热可靠性及相关设备的研究[J].电子技术与软件工程，2021（14）：82-83.

基金项目：本文系广东省教育厅2021年度工程技术研究中心项目（项目编号：2021GCZX016）和东莞职业技术学院国家双高计划电子信息工程技术专业群专项经费资助项目“电子产品智能化老化测试设备关键技术研究”（项目编号：ZXF012）成果。

作者简介：李斌（1982—），男，工程硕士，副教授，从事智能终端应用、算法研究。

彭勇（1976—），男，硕士，副教授，从事智能终端应用、算法研究。