劉意 高軍 王紅濤 劉洋 劉建南

摘? 要：在產(chǎn)品研發(fā)過程中，對產(chǎn)品進行環(huán)境試驗，使其充分暴露潛在的設(shè)計、制造、裝配等缺陷十分重要。本文通過對某儀器電控系統(tǒng)SB3控制箱進行熱測試，獲得SB3控制箱在常溫條件下的熱場分布，以及在特定環(huán)境溫度下的各關(guān)鍵點溫度;測試發(fā)現(xiàn)該SB3控制箱的多項潛在缺陷，并對其設(shè)計缺陷提出了相應(yīng)的改進建議。通過改進有利于提升產(chǎn)品的固有可靠性與成熟度水平，從而提高用戶滿意度，減輕售后維修保障負(fù)擔(dān)。

關(guān)鍵詞：SB3控制箱;熱測試;潛在缺陷

中圖分類號：TP303+.3? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）20-0040-04

Abstract：In the product development process，it is very important to conduct environmental tests on the product to fully expose potential defects in design，manufacturing，and assembly. In this paper，the thermal test of the SB3 control box of an instrument electronic control system is carried out to obtain the thermal field distribution of the SB3 control box under normal temperature conditions and the temperature of each key point at a specific ambient temperature. The test found that the SB3 control box has multiple thermal potentials defects，and suggestions for improvement of its design flaws，through improvement will help improve the product's inherent reliability and maturity level，thereby improving user satisfaction and reducing the burden of after-sales maintenance support.

Keywords：SB3 control box;thermal test;potential defects

0? 引? 言

隨著集成電路不斷向微型化、多功能化和高性能化方向發(fā)展，導(dǎo)致集成電路上的電子元器件的熱流密度與功耗不斷增加，因此在研發(fā)設(shè)計過程中如果不能進行有效的熱設(shè)計，將直接影響系統(tǒng)的可靠性與工作壽命[1，2]。過高的溫度會使集成電路中的電子元器件加速老化、壽命縮短，甚至導(dǎo)致瞬間或永久失效[3-5]。因此對樣機進行熱測試，獲得樣機的實際溫度分布值，驗證樣機的熱性能是否滿足規(guī)定的條件;如果不滿足規(guī)定的要求則提出整改措施，對提高產(chǎn)品的可靠性具有重要的現(xiàn)實意義[6]。

1? 熱測試方法

在工程實際運用中，熱測試方法目前主要有兩種：接觸式和非接觸式測試。紅外熱像儀常被用作非接觸式測量方法，該方法不需要與被測對象接觸，因此不會干擾被測溫度場的狀態(tài)，但該方法易受環(huán)境因素影響，只限于測量物體外部溫度，不方便測量物體內(nèi)部和存在障礙物時的溫度，因此不易測出被測件的實際溫度[7-11]。接觸式測試有熱電偶傳感器法、熱敏電阻傳感器法等。在工程實際中廣泛采用數(shù)據(jù)采集儀進行測量，能夠精確地測量出物體和液體內(nèi)部溫度。同時該方法被廣泛用于密封空間內(nèi)的各種組件、器件的溫度測量，但是該方法在實際運用中比較耗時，效率較低[12-15]。

本文將紅外熱像儀和高低溫濕熱試驗箱配對使用，首先利用紅外熱像儀獲得某儀器電控系統(tǒng)SB3控制箱內(nèi)各元器件表面溫度分布云圖，確定熱源位置后再進行傳感器的布局;其次采用高低溫濕熱試驗箱對被測儀器電控系統(tǒng)SB3控制箱進行溫度步進環(huán)境試驗，溫度梯度從+40℃、+50℃、+60℃逐步遞增，使其充分、快速地暴露其熱設(shè)計缺陷，有助于提高熱測試準(zhǔn)確性和改善儀器整體熱環(huán)境，以及消除產(chǎn)品內(nèi)部過熱點，從而提升SB3控制箱的可靠性水平和使用壽命。

2? SB3控制箱熱測試

本文以某儀器電控系統(tǒng)SB3控制箱熱測試為例，該SB3控制箱是儀器的核心部件，然而在實際工作過程中SB3控制箱整體功耗偏高，因此在改型過程中對其熱設(shè)計的評估是衡量其質(zhì)量及可靠性的重要依據(jù)。

2.1? 測試儀器

本文采用的測試儀器由高低溫濕熱試驗箱（SDJ61FA）、熱像儀（Tis65）、數(shù)據(jù)采集器（34972A）三部分組成，測試設(shè)備及檢測儀表均滿足測試要求且在校準(zhǔn)有效期內(nèi)，其測試儀器分別如圖1—3所示。

2.2? 熱測試流程

通過工程實踐，對某儀器SB3控制箱進行溫度步進熱測試的試驗順序及各步驟間的相互關(guān)系如圖4所示。

溫度步進熱測試的試驗步驟如下：

（1）在實驗室常溫條件下，采用熱像儀進行非接觸式熱測試，初步獲取各個電路板的溫度云圖，根據(jù)云圖初步分析高溫點，對于高溫點對應(yīng)位置元器件耐溫范圍，初步確定SB3控制箱的潛在高溫風(fēng)險點;

（2）將SB3控制箱放置在試驗箱中，針對潛在的高溫風(fēng)險點進一步部署熱電偶，將試驗溫度先后分別升至+40℃、+50℃、+60℃，各保持1個小時，采用數(shù)據(jù)采集器進行接觸式溫度測量，精確獲得各個溫度監(jiān)測點的溫度;從而獲得各個監(jiān)測點在不同高溫環(huán)境下的溫度變化趨勢，為確定SB3控制箱耐溫薄弱環(huán)節(jié)提供詳細(xì)數(shù)據(jù)。

3? 常溫下紅外熱成像非接觸式檢測

常溫條件下，利用紅外成像儀對SB3控制箱上的發(fā)熱區(qū)域進行溫度檢測。電控系統(tǒng)SB3控制箱電路板如圖5所示，在常溫下利用紅外成像儀測試電控系統(tǒng)SB3控制箱電路板，溫度云圖分別如圖6—8所示。當(dāng)SB3控制箱按照指定工況進行工作時，測試共發(fā)現(xiàn)5個高溫元器件，如圖中圈出部分所示，各元器件型號及測試溫度如表1所示。后續(xù)將采用溫度數(shù)據(jù)采集器在不同環(huán)境溫度下對以上5個元器件以及客戶要求測試的發(fā)熱區(qū)域進行精確檢測，并針對檢測結(jié)果給予相應(yīng)的整改意見。

4? 不同溫度下熱電偶接觸式檢測

采用接觸式熱電偶和溫度數(shù)據(jù)采集器，測試電控系統(tǒng)SB3控制箱上電路板發(fā)熱器件分別在環(huán)境溫度+40℃、+50℃、+60℃下的溫度，驗證是否滿足器件自身工作環(huán)境溫度要求。

4.1? 測試點布置

根據(jù)紅外成像儀測試結(jié)果，對SB3控制箱RN3、U6、PS1、P2、P3粘貼溫度傳感器，在溫度梯度分別為+18.5℃、+40℃、+50℃、+60℃時進行測試。檢查是否滿足器件自身工作環(huán)境溫度要求。SB3控制箱測試點布置如圖9所示，其溫度試驗應(yīng)力圖如圖10所示。

4.2? 測試結(jié)果

通過溫度步進法對SB3控制箱電路板熱電偶接觸式檢測，結(jié)果如表2所示。

5? 結(jié)? 論

本文將紅外熱像儀和高低溫濕熱試驗箱配對使用，針對某儀器電控系統(tǒng)SB3控制箱進行熱測試，根據(jù)熱像儀測試結(jié)果，對SB3控制箱中的5個元器件粘貼熱電偶溫度傳感器，并在40℃、50℃、60℃的環(huán)境溫度下進行監(jiān)測。通過測試結(jié)果可知，RN3元器件在40℃、50℃、60℃環(huán)境條件下溫升較明顯，分別為18.526℃、20.368℃、20.537℃，在元器件額定工作溫度范圍內(nèi)且有充足余量，滿足使用要求;P2、P3元器件在60℃環(huán)境溫度下所測得的工作溫度分別為：63.715℃、63.253℃，較最高額定工作溫度低6.285℃、6.747℃，滿足元器件的工作環(huán)境溫度要求，但是溫度余量較小，建議更換更大工作溫度范圍的元器件。通過上述熱測試的方法介紹，以期為同行提供一定的借鑒。

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作者簡介：劉意（1973-），男，漢族，四川大竹人，項目經(jīng)理，本科，主要研究方向：電子產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性研究工作;通訊作者：高軍（1978-），男，漢族，湖南長沙人，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向：儀器設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作;王紅濤（1990-），男，漢族，山東金鄉(xiāng)人，技術(shù)工程師，碩士研究生，主要研究方向：儀器設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作;劉洋（1991-），男，漢族，四川成都人，碩士研究生在讀，主要研究方向：儀器設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作;劉建南（1989-），女，漢族，河南南陽人，質(zhì)量與可靠性體系工程師，主要研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性工作。