隨著電子技術(shù)的發(fā)展,，電子產(chǎn)品的集成化程度越來越高,，結(jié)構(gòu)越來越細(xì)微,，工序越來越多，制造工藝越來越復(fù)雜,，這樣在制造過程中會(huì)產(chǎn)生潛伏缺陷,。對(duì)一個(gè)好的電子產(chǎn)品，不但要求有較高的性能指標(biāo),，而且還要有較高的穩(wěn)定性,。電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性取決于設(shè)計(jì)的合理性、元器件性能以及整機(jī)制造工藝等因素,。目前,，國內(nèi)外普遍采用高溫老化工藝來提高電子產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可*性，通過高溫老化可以使元器件的缺陷,、焊接和裝配等生產(chǎn)過程中存在的隱患提前暴露，保證出廠的產(chǎn)品能經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn),。（艾德生儀器有限公司 整理）

1 高溫老化的機(jī)理

    電子產(chǎn)品在生產(chǎn)制造時(shí),，因設(shè)計(jì)不合理、原材料或工藝措施方面的原因引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題有兩類,，*類是產(chǎn)品的性能參數(shù)不達(dá)標(biāo),，生產(chǎn)的產(chǎn)品不符合使用要求；第二類是潛在的缺陷,，這類缺陷不能用一般的測(cè)試手段發(fā)現(xiàn),，而需要在使用過程中逐漸地被暴露，如硅片表面污染,、組織不穩(wěn)定,、焊接空洞、芯片和管殼熱阻匹配不良等等,。一般這種缺陷需要在元器件工作于額定功率和正常工作溫度下運(yùn)行一千個(gè)小時(shí)左右才能全部被激活（暴露）,。顯然，對(duì)每只元器件測(cè)試一千個(gè)小時(shí)是不現(xiàn)實(shí)的,，所以需要對(duì)其施加熱應(yīng)力和偏壓,，例如進(jìn)行高溫功率應(yīng)力試驗(yàn)，來加速這類缺陷的提早暴露,。也就是給電子產(chǎn)品施加熱的,、電的、機(jī)械的或多種綜合的外部應(yīng)力,，模擬嚴(yán)酷工作環(huán)境,，消除加工應(yīng)力和殘余溶劑等物質(zhì)，使?jié)摲收咸崆俺霈F(xiàn),，盡快使產(chǎn)品通過失效浴盆特性初期階段,，進(jìn)入高可*的穩(wěn)定期,。電子產(chǎn)品的失效曲線如圖1所示。

     老化后進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)量,，篩選剔除失效或變值的元器件,，盡可能把產(chǎn)品的早期失效消滅在正常使用之前。這種為提高電子產(chǎn)品可*度和延長產(chǎn)品使用壽命,，對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行必要的考核,，以便剔除那些有“早逝”缺陷的潛在“個(gè)體”（元器件），確保整機(jī)品質(zhì)和期望壽命的工藝就是高溫老化的原理,。

2 高溫老化室空間結(jié)構(gòu)和絕熱措施

2.1 老化室的空間布置
    根據(jù)電子產(chǎn)品高溫老化的要求以及我單位的實(shí)際情況,，對(duì)一間廠房進(jìn)行了改造裝修，其重點(diǎn)放在空間布置和絕熱設(shè)計(jì)上,。平面布置如圖2所示,，房間被分成兩部分，外間作為控制室,，控制箱懸掛在控制室的墻上,。內(nèi)間作為高溫老化室，是由絕熱材料形成的密閉空間,。頂部采用鋼龍骨吊頂,，吊頂一角留有活動(dòng)板以便維修人員進(jìn)入頂部進(jìn)行維護(hù)，控制室的控制線經(jīng)過吊頂上部,，然后再分布到老化室的各個(gè)部分,。絕熱墻體采用鋼龍骨框架，保證有足夠的強(qiáng)度和剛度,，絕熱墻體兩面覆防火板,，中間填充絕熱材料，如巖棉等（25?c時(shí)熱導(dǎo)率約0.04w·m-1·k-1）,。老化室的門雙面覆鍍鋁鋅鋼板,，中間填充絕熱材料，門框與門之間采用硅橡膠密封,。后墻推拉窗及前墻觀察窗采用雙層玻璃結(jié)構(gòu),，具有良好的密封和絕熱效果，同時(shí)便于采光和監(jiān)視,。在老化室墻體四角放置四個(gè)風(fēng)機(jī),，以便室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，均勻室內(nèi)空氣的溫度,。

2.2 老化室熱平衡計(jì)算
    老化室內(nèi)溫度升高所需的熱量*加熱器提供,，加熱器采用不銹鋼鎧裝結(jié)構(gòu)，加熱器之間采用銅排連接,，固定牢*,，外面用鍍鋅鐵網(wǎng)進(jìn)行防護(hù),。
       不考慮熱量散失的理想條件下，老化室達(dá)到設(shè)定老化溫度所需的熱量：q=（c1m1+c2m2）×（t1-t0）
                                
                            c1為老化室內(nèi)空氣的比熱容（約1.005kj·kg-1·k-1,，不同溫度下略有不同）,；
                            c2為被老化的產(chǎn)品的平均比熱容（kj·kg-1·k-1）；
                            m1為老化室內(nèi)空氣的質(zhì)量（kg）,；
                            m2為被老化的產(chǎn)品的質(zhì)量（kg）,；
                            t1為設(shè)定的老化溫度（℃）；
                            t0為老化室的初始環(huán)境溫度（℃）,；
     實(shí)際情況下,，密封和絕熱不可能是理想狀態(tài)，所以,，熱量損失是不可避免的,。根據(jù)空氣和巖棉在初始溫度及zui高設(shè)定溫度下的不同熱導(dǎo)率μ（w·m-1·k-1），根據(jù)老化室的結(jié)構(gòu)及房間六個(gè)面的面積計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的絕熱系數(shù)ξ（㎡·k·w-1）,然后計(jì)算出一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到zui高設(shè)定溫度整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際所需的熱量,，這樣就可計(jì)算出加熱器總的理論功率p,。zui后，根據(jù)系統(tǒng)冗余系數(shù)η算出加熱器總的實(shí)際功率pt,。在定制加熱器時(shí),，要考慮各個(gè)加熱器的電壓等級(jí)和接法,，是三角形接法,，或是星形接法，或者是星形三角形混合接法,。加熱器外穿不銹鋼散熱片,，便于散熱，防止加熱器燒紅,。

3 溫度控制系統(tǒng)
    此控制系統(tǒng)采用pid控制儀進(jìn)行溫度控制,，當(dāng)通過溫度傳感器采集的被老化的電子產(chǎn)品的溫度偏離所希望的給定值時(shí)，pid控制儀根據(jù)反饋的偏差進(jìn)行比例（p）,、積分（i）,、微分（d）運(yùn)算，輸出一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（加熱器）,，促使測(cè)量值恢復(fù)到給定值,，達(dá)到自動(dòng)控制溫度的目的。

3.1 控制數(shù)學(xué)模型
    控制對(duì)象是一個(gè)具有滯后環(huán)節(jié)的一階系統(tǒng),，控制系統(tǒng)采用閉環(huán)延時(shí)輸出的pid調(diào)節(jié)方式,。pid控制技術(shù)比較成熟，靈活可*,。
連續(xù)調(diào)節(jié)的pid微分方程為
u=kp（e+ ）+u0
    對(duì)于微機(jī)控制而言,，要使離散的控制形式逼近于連續(xù)的控制形式,，采樣周期必須取得足夠短，這樣,，可將描述系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的微分方程改變?yōu)椴罘址匠?，便于編程，?shí)現(xiàn)模擬控制的數(shù)字化,。
pid差分方程為
un= [en+ ·t+ （ ）]+u0
un為第n次的輸出量
u0為初始的輸出量
en為傳感器第n次的采集所得的偏差量
en-1為傳感器第n-1次的采集所得的偏差量
為比例系數(shù)
為積分時(shí)間
為微分時(shí)間

3.2控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)
    比例運(yùn)算是指輸出控制量與輸入量的一階差商關(guān)系,。儀表比例系數(shù) 設(shè)定值越大（比例帶δ越小）,，控制的靈敏度越低,，設(shè)定值越小，控制的靈敏度越高,。增大比例系數(shù)有利于減小靜差,，加速系統(tǒng)的響應(yīng)，但比例系數(shù)過大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生大的超調(diào),，甚至產(chǎn)生震蕩,，使穩(wěn)定性變差。 積分運(yùn)算的目的是消除靜差,。只要偏差存在,，積分作用將控制量向使偏差消除的方向移動(dòng)。積分時(shí)間是表示積分作用強(qiáng)度的單位,。增大積分時(shí)間對(duì)減小超調(diào),，減小震蕩有利，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定,，但系統(tǒng)的靜差的消除隨之減慢,。儀表設(shè)定的積分時(shí)間越短，積分作用越強(qiáng),。比例作用和積分作用是對(duì)控制結(jié)果的修正動(dòng)作,，響應(yīng)較慢。微分作用是為了消除其缺點(diǎn)而補(bǔ)充的,。微分作用根據(jù)偏差產(chǎn)生的速度對(duì)輸出量進(jìn)行修正,，使控制過程盡快恢復(fù)到原來的控制狀態(tài)，微分時(shí)間是表示微分作用強(qiáng)度的單位,，儀表設(shè)定的微分時(shí)間越長,，則以微分作用進(jìn)行的修正越強(qiáng),，有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng),，減小超調(diào),，增加穩(wěn)定性，但降低了系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑制能力，使系統(tǒng)對(duì)干擾過于敏感,。在實(shí)際的調(diào)試過程中幾個(gè)方面都要兼顧,，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，使控制器處于*狀態(tài),。

3.2 溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
  溫度控制系統(tǒng)主要由pid控制儀（我公司生產(chǎn)的wp-s805型）,、可控硅、可控硅觸發(fā)器,、溫度傳感器,、加熱器、控制回路等組成,，如圖3所示,。

由溫度傳感器采集老化室內(nèi)的溫度，然后把它傳給控制儀,，控制儀把它與內(nèi)部設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算,，根據(jù)偏差值輸出控制量來調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角的變化的，也就是控制負(fù)載電流的變化,，從而以閉環(huán)的控制形式達(dá)到自動(dòng)控溫的目的,。 另外，本控制儀還設(shè)置了溫度上限跳閘保護(hù),，這樣,，當(dāng)pid控制儀失靈時(shí)，可以起到雙重保護(hù)作用,?？刂苾x通過標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口與遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)相連，后臺(tái)計(jì)算機(jī)可調(diào)節(jié)控制儀的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),，可進(jìn)行控制儀內(nèi)部數(shù)據(jù)的設(shè)定,，并可打印實(shí)時(shí)溫度曲線

4 結(jié)束語
    經(jīng)過兩年的實(shí)際運(yùn)行,，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性均滿足使用的要求,，溫度控制精度在正負(fù)1度之內(nèi)。