基于系统连续运行的功率管老炼筛选方法
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晶体管器件失效的原因和老化筛选电子设备及仪器使用的电子元器件,一般需要在长时间连续通电的情况下工作,并且受到环境条件(温度和湿度等)的变化和各种其它因素的影响,(如是在煤矿井下恶劣的条件下工作)因此要求它必须具有高的可靠性和稳定性。
保证电子器件的质量和焊接质量,是整机生产中的两个关键环节。
为了保证整机使用的电子器件的质量,必须在装配前对它们进行严格的检验和老化筛选。
一般电子器件在出厂前已进行,叫做”出厂老化”,但由于个使用行业的特殊要求,象军工和煤矿这样的企业,所以在使用前必须对器件进行进一步的老化筛选。
1.元器件失效的普遍规律和相应对策元器件的可靠性是指元器件在规定的时间内(通常称为保险期),规定的条件下,完成规定的功能(或任务)能力。
它是产品本身寿命和使用时产品质量的综合体现。
通常用失效率来定量的描述器件的可靠水平。
失效率等于单位时间内产品的失效数和运用产品总数之比:失效数失效率= ——————————运用总数×运用时间失效率越低,说明元器件可靠性越高。
需要指出的是,元器件的电参数指标和性能稳定之间并没有直接的联系。
电参数指标好的器件,可靠性不一定高;相反,电参数差的元器件,可靠性不一定低。
元器件的电参数可以通过仪器仪表立即测量出来,但是元器件的可靠性和稳定性必须通过各种可靠性试验,或者大量的(或长时间)使用后才能判断。
大量同类元器件的失效可以分成三个阶段:1).早期失效期新制造的电子器件,刚投入使用一段时间叫做早期失效。
早期失效的特点是失效率高,但随着工作时间的增加而迅速降低。
这一段的失效原因有的是制造器件的原材料的缺陷造成;有的是元器件的生产过程中工艺措施不当造成的。
总的来说,早期失效是元器件本身设计和制造的缺陷而隐藏在内部的一种潜在故障。
在使用中会继续恶化,故障暴露出来而造成的失效。
所以元器件的早期失效对使用者来说是十分有害的。
在整机生产的工艺过程中,元器的老化筛选的主要目就是加速早期失效,使整机出厂前就进入到正常的使用阶段,筛选掉早期失效的元器件,保证整机的可靠工作。
大功率真空电子管的检查和老炼在大功率的短波发射机中,目前仍广泛使用着大功率电子管。
我们作为短波发射台站,从历年维护统计中发现,每年都要消耗好多只电子管。
因此,了解电子管的基本性能,结构特点,合理检查、老炼和使用电子管,可以大大延长电子管的寿命,对设备的稳定运行也有很大作用。
我们台使用的电子管都是发射管,就是用来产生或者放大电磁振荡以获得一定输出功率的电子管,习惯上,我们简称发射管。
目前我们DF100A型PSM短波发射机中,每部发射机使用两只发射管,分别在射频放大末前级和高末级使用。
末前管管型有:进口管4CX-3000A型四极管、国产景光4CX-3000A型四极管、旭光FU618F型四极管,这几种管子都是陶瓷/金属功率四极管,它设计可用作甲乙1 类线性放大器,以对音频或射频进行放大。
它具有低互调失真特性,特别适合单边带方式工作,在单边带方式下管子工作在甲乙1类是产生的最小功率输出为5000W其三阶互调失真至少为-32db ,五阶互调失真为-37db 。
该管也可用作丙类放大器和屏极调制的高频功率放大器。
它是强制风冷管,最大阳极损耗额定值3500W高末管管型有:进口管4CV100000C型四极管,国产京东方FU3124ZA 型四极管,旭光FD003Z型四极管;它们都是大功率金属- 陶瓷四极管,具有碳化钍钨阴极,栅极(帘栅),蒸发冷却阳极结构。
最大阳极耗散功率达100kW该管可用于C类射频放大或震荡,AB类线性放大、AB类推挽音频放大或调制,板帘同调C类射频放大,在100KW永冲阶梯调制(PSM 短波发射机中,广泛使用。
1 检查、老炼大功率真空电子管的方法1.1 检查电极的通路和开路发射管电极的通路和开路检查,通常使用三用表或者绝缘表摇表来测试,一般方法如下:1 )测量灯丝通路:测量发射管灯丝正常通路时,三用表指示的电阻数值很小(接近零位),如果阻值很大(或者指针无读数)时,则表示灯丝已断。
2)测量电极间开路:发射管各电极间(如阴极与栅极间、栅极与帘栅间,帘栅栅极与阳极间)正常时是处于开路状态,用三用表指示应是最大读数,如指针指示出一定读数时,电极间则可能是短路了,但是,应当注意,一些发射管的电极(如阴极和栅极间,栅极和帘栅极间)距离很近,如管内真空度较低或绝缘管壳表面有污垢以及受潮后,就有可能出现“假碰极”现象。
二次筛选生产过程中的质量控制王瑜【摘要】二次筛选不同于一次筛选,是使用方根据特定要求参考有关标准,结合项目的需要进行的筛选.对于进口器件,有关标准的选择尤为重要.随意加严条件的过度筛选不但起不到甄别产品的作用,还会带来其他不良后果,因此,二次筛选的条件把关、过程控制至关重要.二次筛选是电子元器件在装机使用前可靠性的重要保障过程,文章叙述了电子元器件二次筛选的基本概念,重点对二次筛选过程中的条件确认、筛选工序(老炼和电参数测试)及管理方面进行了阐述.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2016(016)012【总页数】4页(P40-43)【关键词】电子元器件;二次筛选;质量控制【作者】王瑜【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TN307元器件的二次筛选或可靠性筛选,是在元器件制造厂商进行工艺筛选的基础上,整机研制和生产单位为了满足整机系统对元器件的可靠性要求,按标准规定或技术条件要求的筛选条件,由整机研制或生产单位委托元器件厂进行的筛选。
一般将元器件制造好后进行的出厂筛选称为第一次筛选。
而整机科研和生产单位为了满足整机系统对元器件的可靠性要求,对元器件按照验收流程和标准进行的第二次合格性和可靠性筛选,称为元器件二次筛选。
元器件的“一次筛选”和“二次筛选”的目的与试验方法基本相同,但是“二次筛选”是在“一次筛选”的基础上裁剪而成的。
“二次筛选”只能提高元器件的使用可靠性,不能提高其固有可靠性。
因此,在选择元器件时,还是应根据整机、设备的质量与可靠性要求,选择相应的高质量等级的元器件。
元器件的二次筛选,其目的是为了淘汰由于制造缺陷造成的早期失效产品,保证电子元器件的使用可靠性,确保整机的性能和可靠性,所以对电子元器件的二次筛选过程必须进行严格的质量控制。
二次筛选主要适用于下列4种情况的元器件:(1)元器件生产方未进行“一次筛选”,或使用方对“一次筛选”的项目和应力未具体了解;(2)元器件生产方已进行“一次筛选”,但是“一次筛选”的项目或应力还不能满足使用方对元器件的质量要求;(3)在元器件的产品规范中未作具体规定、元器件生产方也不具备筛选条件的特殊筛选项目;(4)对元器件生产方是否已按合同规范的要求进行了“一次筛选”或对承制“一次筛选”的有效性有疑问因而需要进行验证的元器件。
三极管元器件筛选规范1 范围1.1 目的为了明确本公司使用的电子元器件的筛选程序、方法和筛选条件等,特制定本规范。
内容包括军用环境条件下或与元器件质量等级相应的试验条件下的环境试验、性能测试、检查性试验、老炼试验等。
1.2 适用范围本规范适用于公司生产科研使用的电子元器件。
若用户方对电子元器件筛选有明确要求,与本规范有冲突处,以用户方要求为准。
2引用文件GJB 128A-1997 半导体分立元器件试验方法3术语3.1 七专电子元器件生产过程中质量控制的七个方面,具体如下:a)专技:专门制定技术条件;b)专料:经过认定合格的材料;c)专线:专门设立高可靠元器件生产线;d)专人:从生产线挑选技术最好的生产人员组成;e)专检:用最先进的检测方法和专人进行检验;f)专卡:每个元器件有跟踪卡,在每道工序上都有人员的签名;g)专筛:针对每种元器件的失效机理制定筛选条件。
3.2 筛选本规范是指对电子元器件进行温度、密封、检验、老炼和电测试等试验过程的综合。
3.3 DPA破坏性护理分析。
3.4 ESD静电敏感器件。
3.5 PDA不合格率。
3.6 EPA防静电工作区域。
4 试验要求4.1 筛选的元器件要求对筛选的元器件要求如下:a)筛选的器件应为满足公司产品电子电气系统要求的合格产品;b)送交筛选的元器件应有详细的产品资料。
包括元器件名称、型号、规格、数量、生产厂、生产日期或生产批号、质量等级、所属项目、委托单位。
必要时应附元器件图样及相应的技术资料;c)国产“七专”、协议委托生产厂进行筛选的元器件,应由使用单位有关技术人员下厂监制或验收。
当生产方的筛选条件不满足使用方规定的试验条件或试验项目时,应进行补充筛选或二次筛选;d)为保证进口元器件质量,进口元器件可抽检生产批次进行DPA抽检试验,抽检数量1%~2%,但不要超过5只;e)对于不能进行性能检测的元器件,可进行加速应力试验,试验后进行外部目检、X射线照相检查、超声波照相检查、DPA试验,对元器件进行质量评价,以确定整批器件的生产质量;f)筛选过程应与失效分析相结合,当筛选的元器件出现致命失效或参数严重退化时应进行失效分析,凡有批次质量问题用筛选方法无法剔除时,应整批淘汰。
晶体管老化筛选设备计量参数的校准
薛燕;刘玉波;东方;李贵森;李绍华
【期刊名称】《宇航计测技术》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】晶体管老化筛选设备是对大功率、小功率三极管( NPN、PNP型)、二极管等电子元器件进行老化筛选的计量装置。
通过对被筛选的晶体管施加电压、电流等影响量来对晶体管的可靠性进行检查。
介绍了老化筛选装置输出的基极电压、集电极电压、集电极电流等参数的校准方法以及对同一个参数采用不同校准方法的比较研究。
【总页数】3页(P47-49)
【作者】薛燕;刘玉波;东方;李贵森;李绍华
【作者单位】黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司,哈尔滨150046;黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司,哈尔滨150046;黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司,哈尔滨150046;黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司,哈尔滨150046;黑龙江华安精益计量技术研究院有限公司,哈尔滨150046
【正文语种】中文
【中图分类】TN710
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电子元器件老炼筛选方法周小萍;张濛;肖艺【摘要】本文主要讲叙了电子元器件的失效机理和失效模式,据此介绍了当前相应的老炼方法,并阐述了老炼方法的实现.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2013(033)003【总页数】2页(P47-48)【关键词】电子元器件;失效;老炼筛选【作者】周小萍;张濛;肖艺【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TN6060 引言元器件是电子设备和系统的基本单元,为提高系统的可靠性,必须保证元器件的可靠性,元器件失效率随时间变化的过程可以用“浴盘曲线”[2](图1)描述,早期的失效率随时间的增加而迅速下降,使用寿命期内失效率基本不变,老炼筛选过程就是通过对元器件进行100%的非破坏性筛选试验,剔除具有潜在缺陷的早期失效产品,使其尽快度过浴盆曲线的早期失效阶段,将失效率降低到可接受水平,同时剔除失效的元器件。
程实践证明,老炼筛选是军用电子设备使用可靠性保证的重要环节。
采取积极主动的工艺手段,对元器件施加适当应力,使其潜在的缺陷激发,提前暴露隐患,能够达到提高产品质量的目的。
1 元器件失效模式元器件制造工序繁多,难免会因为工艺缺陷或误差而引起失效。
为了取得良好的筛选效果,必须了解电子元器件的失效模式和机理,以便选用有效的筛选方法,制定准确的筛选条件和失效判据。
元器件失效模式主要有封装失效和电性能失效。
封装失效主要依靠环境应力筛选来检测。
在正常情况下是通过在检测时施加一段时间的环境应力后,对外观进行检查(主要是境检,根据元器件的质量要求,采用放大10倍元器件外观进行检测,也可以根据需要进行红外、X射线检查、气密性筛选),当有特殊需求时,可以增加一些DPA(破坏性物理分析)测试,这些筛选项目对电性能失效不会产生触发效果。
电性能失效可以分为连接性失效、功能性失效和电参数失效。
连结性失效指开路、短路以及电阻值大小的变化,这类失效在元器件失效中占较大的比例。
基于系统连续运行的功率管老炼筛选方法赵欢军(中国电子科技集团公司第三十八研究所,安徽合肥230031)摘要:提出了一种可以在试验台上进行无条件的筛选、或对已装机而又存在某种隐患的功率管进行老炼筛选的方法,并介绍了如何进行老炼筛选应力的确定和控制,以及试验的过程检测和故障处理。
通过理论分析和试验证明,这种方法是切实可行的,能达到老炼筛选的预期目标。
关键词:功率管;老炼筛选;系统;应力中图分类号:TN956文献标识码:A文章编号:1672-5468(2006)03-0029-03Burn-inScreeningofPowerTubeBasedonContinuousOperatingofSystemZHAOHuan-jun(38thResearchInstituteofChinaElectronicTechnologyCorporation,Hefei230031,China)Abstract:Aburn-inscreeningmethodthatcanbeperformedunconditionallyonthetestbedorperformedonthepowertubesthathasbeeninstalledinsystembuthassomelatentflaws.Thedeterminationandcontrolofstressesforburn-inscreening,testingduringburn-inandfailuretreatmentarepresent.Basedonthetheoreticalanalysisandtheexperimentalproof,thismethodisdemonstratedtobepracticalandfeasible,andcanachieveexpectedtargetforburn-inscreenting.Keywords:powertube;burn-inscreen;system;stress收稿日期:2006-01-12作者简介:赵欢军(1978-),男,陕西长安人,中国电子科技集团公司第三十八研究所助理工程师,西安电子科技大学在读硕士研究生,主要从事雷达可靠性研究。
电子产品可靠性与环境试验ELECTRONICPRODUCTRELIABILITYANDENVIRONMENTALTESTING可靠性与环境试验技术及评价2006年6月第24卷第3期Vol.24No.3Jun.,20061引言功率管是雷达发射系统的关键器件,如果失效就会导致雷达性能降低,甚至丧失战斗力。
为了保证装机功率管的高质量和高可靠性,一般应在装机前就通过检测和筛选来剔除原材料、制造、工艺以及设计带来的缺陷,以快速消除功率管的早期失效。
在通常情况下,功率管老炼筛选是在专用的功率老炼台上,以单个功率管为单元进行老炼,通过控制管壳的温度,达到老炼筛选的目的。
但这种方法却存在一定的局限性,尤其对于在试验台上进行无条件筛选的或已装机而又存在某种隐患的功率管不适应。
如某装备发射系统组件使用的PHXXXXA功率管底座的焊接空洞率在装机前没有检测到,致使装机的功率管存在隐患。
这种空洞率过大的直接后果是导致功率管的热阻增大,管芯内的热量不能及时传导到底座,从而造成晶体管的结温过高,并产生故障。
为了消除功率管的空洞隐患和早期失效,有必要对功率管进行老炼筛选,但因装机数量较大(共250只),考虑拆装损坏和周期的问题,不能对每个功率管的空洞率进行检测,又不具备单管老炼的条件,故采用以整个发射系统连续运行的电子产品可靠性与环境试验2006年方法对功率管进行老炼。
系统连续运行的功率管老炼是通过组件向功率管施加环境应力和电应力,将其内部潜在的缺陷加速激发为故障并排除故障,以达到剔除缺陷器件,快速消除早期失效的目的。
2功率管老炼筛选的应力功率管老炼筛选的应力包含老炼温度和老炼时间。
基于系统连续运行的功率管老炼筛选方法的重点是确定系统运行时的环境温度,确保系统在此温度下连续运行达到热平衡时的功率管结温满足功率管老炼试验的结温要求。
同时,应考虑与功率管共同组成系统的器件的耐温范围,保证试验温度在其耐温范围内,防止这些器件发生过应力损坏。
2.1试验温度的确定系统连续运行的功率管老炼筛选与单管筛选的应力控制方法不同,后者的重点是检测控制管壳的温度,前者的重点是系统运行的温度。
但二者应力选择的依据是一致的,都是按照GJB128A-97《半导体分力器件试验方法》中晶体管的老炼试验条件B(稳态功率)的规定进行。
标准中规定,对底座或散热器安装的器件,老炼的结温应为Tj=T+0Jmax-25℃(即控制功率管结温在最大结温到最大结温降低25℃之间)。
对于系统连续运行的功率管老炼试验而言,由于无法对功率管的结温和壳温进行检测,很难保证老炼时功率管的结温在要求的范围内。
但我们知道功率管的工作壳温与功率管的工作结温的关系(式1),以及环境温度与功率管热平衡时的工作结温的关系(式2),通过控制环境温度来保证功率管的结温在要求的范围内:Tc=Tj-PDθjcK(1)TO=Tc-TS(2)式(1)、(2)中:Tj———功率管子工作结温;Tc———功率管工作壳温;PD———耗散功率;θjc———结壳热阻,是表征晶体管的特性参数,受温度影响,还随脉宽与工作比而改变;K———热时间常数,0≤K≤1;Ts———功率管在规定的工作条件下达到热平衡状态时,壳温与环境温度的差值。
该发射系统所选用功率管(PHXXXXA)的最大结温为200℃,因此,其老炼结温控制范围为175 ̄200℃。
为了提高老炼筛选效果并保证安全,选择工作结温为180℃。
依据功率管的耗散功率、结壳热阻、热时间常数可计算得到工作壳温与工作结温的温差为112℃。
所以可认为功率管在壳温为68℃时的老炼等同功率管在结温180℃的老炼。
如表1所示,当功率管达到热平衡时,功率管管壳温度与环境温度相差25℃左右。
所以理想情况下,当环境温度为43℃时,可达到该功率管的老炼温度。
但是,上面的组件试验数据是指组件达到热平衡时的温升,而组件组成系统时的温升要比单个组件的温升高4℃左右,所以进行系统连续运行的老炼筛选环境温度应为39℃。
考虑到便于控制系统运行的环境温度,最终选择在环境温度为(40±3℃)下,进行系统连续运行的功率管老炼筛选较为合适。
2.2试验时间的确定按半导体分立器件试验方法(GJB128A-97)的要求,晶体管的老炼时间至少为168h。
系统在高温连续运行的功率管老炼中,不易散热或局部散热不均,实际老炼环境要较单管老炼的环境恶劣,所以考虑采用标准的低线时间———168h。
3功率管老炼筛选整个系统(含机柜)放入高温环境试验箱,模拟实际工作状态,负载置于试验箱外进行168h的连续老炼试验。
在试验过程中,系统组件连续工作,不开箱(除非发生异常情况或更换组件)。
3.1温度控制系统在试验箱内连续运行,发出的热量很难散出,箱内实际温度会超过设置的老炼温度,所以在系统内选择几个温度监测点进行监控。
当温度过高时,可适当地调整试验箱内温度,保证温度为规定表1发射系统单组件热试验数据抽样点温度(TC/℃)温升(TS/℃)备注T15322环境温度为31℃,工作45min达到热平衡后进行测试T25423T35524T45928T55827T65625T75524第3期的老炼温度。
3.2功率检测系统在连续运行时,要对输出功率进行必要的监控。
当系统达到热平衡后,检测到输出功率降低时,发出故障报警,检查放进试验箱的组件,确认故障组件,并进行相应的故障处理。
3.3故障处理故障处理是立足于试验目的,结合试验样品的结构和布局来制定的。
根据系统高温连续运行试验的功率管老炼筛选目的,处理故障的原则是:以失效的功率管是否独立事件为依据———当某些功率管在试验过程中失效,判断该失效是否影响到试验中其它功率管的老炼状态,若不影响,则是独立事件,继续进行试验;若影响,则更换备件或失效功率管后继续试验,直至试验结束。
该发射系统的放大链为前级、末前级和末级组件,其中前级和末前级组件分别为1个,末级组件共20个。
前级组件包含PHXXXXB和PHXXXXC两种功率管;末级组件包含PHXXXXC和PHXXXXA两种功率管,结构为一推二推八,PHXXXXC处于第一级,PHXXXXA处在第二级和第三级;末前级组件的结构和末级组件是一样的。
试验的目的是剔除PHXXXXA中有空洞隐患的功率管。
根据老炼试验的目的和功率管的结构分布,故障处理的措施有:a)若前级组件和末前级发生故障时,无论故障是否PHXXXXA功率管,都需要更换备件继续试验,并对损坏部件进行维修。
b)若末级组件中,PHXXXXA功率管发生故障时,继续进行试验,故障组件不进行更换;若是组件的其它部分出现故障,则需更换,并进行维修。
c)若因故障或其它原因停机超过20min,则追加运行时间12h。
3.4试验设备系统连续运行试验的功率管老炼试验所需的设备为步入式的高低温试验箱、功率计、电源等。
高低温试验箱是为系统连续工作时提供环境温度。
功率计是在系统运行达到平衡后,用来检测系统功率输出,判定系统组件是否有故障。
电源是给系统电路提供电应力。
3.5注意问题当老炼结束后,不要迅速开箱门降温,应将系统缓慢地降到常温,并稳定一段时间,使系统组件内外的温度一致。
因为迅速降温会使系统电路本身的工艺参数发生一些变化,产生非老炼的影响或使其性能受到影响。
4试验结果分析该发射系统在40℃的高温环境下连续运行168h,PHXXXXA功率管共失效11只,统计系统在调机、组件筛选、试验和日常运行中PHXXXXA功率管共失效15只,故发射系统从调机到功率管筛选结束,共有26只失效。
根据以往的数据,系统从调机到状态稳定,功率管正常失效约占2%,发射系统共用PHXXXXA功率管250只,即该系统功率管正常失效约5只。
故可判断26只失效的功率管中,共有21只功率管基本为有空洞率的管子。
发射系统含空洞率的管子数量约20只(其它批检测结果,空洞率不合格率约占8%),两者基本相符。
该发射系统在试验后又间断开机300多小时,没有再发生功率管失效。
通过以上结果可以说明,通过系统连续运行的功率管筛选基本剔除了有空洞率隐患的管子,并消除了管子的早期失效,达到了预期的目标。
5结束语基于系统连续运行的功率管老炼筛选是一种消除器件潜在制造等缺陷的有效方法,不仅有利于消除早期失效,而且还可以剔除某种缺陷和隐患。
这种方法从理论分析和实验证明都是切实可行的,不需要专用的功率管老炼筛选设备,仅需要高低温试验箱,设备简单、费用低,重点在于对试验应力的确定和控制。
参考文献:[1]GJB128A-97,半导体分立器件试验方法[S].[2]陆培永,何岩平.环境应力筛选方法及效果评估[J].电子产品可靠性与环境试验,2005,23(6):36-39.赵欢军:基于系统连续运行的功率管老炼筛选方法。