什么是电子设备的老化测试？

关键点：

• 老化测试是电子设备在公开发布之前进行的一种特殊类型的压力测试，它使用高温和/或高电压的某种组合来确定被测试的设备或其任何部分是否可能在产品生命周期的早期阶段出现故障或故障。
• 浴盆曲线是一个数学函数，它将给定产品的故障率与该产品的持续使用时间联系起来。
• 要进行老化测试，通常需要四样东西：要测试的设备或组件、印刷电路板 (PCB)、插座和特殊的老化炉。
• Apple、Dell、 HP、Toshiba 和IBM等计算机制造商以及 LG 等智能电视制造商都使用老化测试。

什么是老化测试？

这是一个痛苦的事实，所有的事物都会枯萎和腐烂，都是不完美的，容易犯错，因此容易以多种方式磨损、损坏或出现故障。认识到这一点，许多公司在产品上架之前就对其产品进行了严格的测试。通过预测其产品在正常使用过程中可能遇到的压力类型，甚至使其承受大于正常的压力，公司可以延长产品的使用寿命，降低平均维护或更换成本，并且通常提高质量。这是构建更好的捕鼠器的重要组成部分。

但是，如果您想要构建的东西比捕鼠器稍微复杂一点怎么办？如果它是一个镶嵌着数百万甚至数十亿个微型半导体的先进CPU ，或者是一个液晶电脑显示器或电视屏幕，旨在为用户提供最清晰和最生动的显示，该怎么办？

电子设备有自己特殊的一套测试标准。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发布国家或地区存在的任何监管要求。一些最重要的此类标准与所谓的老化测试有关。

老化测试是一种特殊类型的程序，旨在检测电子设备的早期故障或故障，并允许制造商进行纠正。该测试可以在整个设备上进行，也可以在模块上进行，即分别在该设备的每个电子组件上进行。

此过程称为老化，因为它通常需要将设备置于明显高于正常温度的温度下，并观察该压力如何影响性能。下面，我们将详细描述老化测试以及围绕它们的各种方法和技术术语。借此，我们希望阐明这一关键过程的含义和目的，解释其多种变体的优缺点，并让您熟悉电子行业中经常被忽视的部分。 

老化测试：准确的定义

老化测试是电子设备在公开发布之前进行的一种特殊类型的压力测试，它使用高温和/或高电压的某种组合来确定被测试的设备或其任何部分是否可能在产品生命周期的早期阶段出现故障或故障。

根据所测试产品的类型，可以根据各种不同的方法和协议进行测试，但通常持续 48 至 168 小时。因此，设备老化的目的是尽可能降低浴盆曲线中所谓的“婴儿死亡率”部分。

老化测试如何进行？

浴缸曲线

在我们开始详细解释老化测试的机制之前，我们必须停下来解释一下什么是浴盆曲线。 

浴盆曲线是工程中的重要工具，特别是在退化建模中。它是一个数学函数，它将给定产品（在本例中为半导体或其他电子设备）的故障率与该产品的持续使用时间联系起来。它被称为浴缸曲线，因为它通常具有半卵形形状，有点类似于浴缸的轮廓。

这种浴缸形状是通过将三个组成功能组合在一起创建的，每个功能都与产品使用寿命中的一般时间间隔相关。第一个函数有时称为“婴儿死亡率”函数，与产品生命周期的最早阶段有关。当时间为 0 时，婴儿死亡率函数通常以相当高的值开始，但随着产品走出生命的早期阶段而急剧下降。当时间进入产品寿命的中后期时，婴儿死亡率函数趋于稳定至较低值。这描述了电子元件和设备中经常出现的相当多的早期故障——通常是由于各种制造缺陷造成的。

第二个组件功能与产品生命周期的中期相关，旨在跟踪随机故障。由于此类故障是随机的，因此无法根据具体情况进行预测。因此，它们简单地表示为产品整个生命周期中的某个恒定值。这在图形上被描绘为一条水平线。

第三个组件功能映射了产品的“磨损故障”，即产品因组件老化和长期使用而不可避免地出现的故障。当时间为 0 时，该函数的值也从 0 开始，并且随着时间经过产品生命周期的早期和中期，它只会缓慢且非常逐渐地增加。然后，当我们进入后期时，磨损函数的值突然飙升。

浴盆曲线的形状——向下倾斜的早期部分、相对平坦的中间部分和向上倾斜的后期部分——来自这三个分量函数的每一个独特属性，正如它们最显着的各自时间间隔所体现的那样。

老化测试的原理

现在，是时候真正解释有关老化测试的设置和功能的事实了。要进行老化测试，通常需要四样东西：要测试的设备或组件、印刷电路板 (PCB)、插座和特殊的老化炉。

PCB 用于将所有相关电子元件连接在一起，并允许它们相互发送信号。事实上，当今制造的每个主要电子设备内部都有一块执行此功能的 PCB。如果设备的各个部分无法相互发送信号，则无法观察设备的各个部分在老化过程中如何相互作用，因此 PCB 显然是测试的关键部分。即使在老化仅限于一个隔离组件的情况下，测试仍然需要 PCB，因为测试人员需要某种电子接口，通过该接口他们可以在测试进行时收集性能数据。

有两种方法可以将电子元件连接到 PCB 以及电子元件之间。一种方法是通过焊接，这是永久性的。另一种方法是使用插座，这是一种特殊类型的连接器，旨在在狭小的空间内高效、紧凑地连接电路。

插座有多种类型，每种都有各自的优缺点。在任何特定的老化中使用哪种类型将取决于所测试的设备的类型。然而，了解它们的关键是它们是可拆卸的。这对于测试目的显然很有用，因为它可以轻松删除、替换或调整任何未通过测试的组件，而不会破坏一般设备设置。

还有一些专门用于老化测试的插座。它们具有独特的特征，最好在讨论老化炉的过程中对其进行解释。

老化炉是整个测试装置中最重要的部分。它实际上是对被测电子设备进行热应力管理的。测试人员将被测试的设备放入烤箱内，并将其设置为测试参数所需的温度。然后将设备放置在设定温度的烤箱内，持续测试所需的时间。同时观察和记录设备的性能以及发生的任何其他情况。

大多数老化测试使用 125°C 至 150°C 的温度，但高达 180°C 的温度并非闻所未闻。汽车行业通常需要按照更高的标准制造汽车中的电子元件，可以在 200°C 至 220°C 的任何温度下进行老化。测试设备在设定温度下持续放置在老化炉内，短则 48 小时，长则 168 小时。对于一些按照特别严格的标准制造的高度专业化的射频设备，老化可持续长达 1,000 小时。然而，这是非常不寻常的。48-168小时范围几乎涵盖了所有情况。

这种设置相当简单，但随着电子设备开始变得越来越复杂，测试工程师遇到了障碍，需要他们以各种方式仔细调整过程。一方面，半导体即使在正常使用时也会散发一定量的热量。这些热量将与老化炉中的热量结合，从而可能使设备承受比最初预期更大的热应力。这看起来似乎不是什么大问题，但由于半导体本身是额外热量的来源，因此它可能会产生巨大的影响。此外，老化期间收集的数据非常精确地校准到许多小数位。即使是很小的干扰也会使平衡失去平衡并导致结果无法使用。

这种微妙的平衡还存在其他威胁。当工程师更仔细地检查老化炉时，他们开始发现热量并不总是均匀地分布在烤箱的每个角落。这会导致测试结果出现微小变化，具体取决于某些特定部件在烤箱中的放置位置。

为了解决这些困难，工程师决定将特殊类型的插座放置在堆叠在烤箱中的 PCB 上。这些插座包括散热器、风扇和液体冷却系统等功能，如果组件温度高于测试要求，则可以对组件进行冷却；当它们没有达到测试要求的温度时，加热器将它们加热；以及温度传感器，用于确定上述问题何时何地发生。这一切都是通过由专门设计的软件驱动的反馈系统控制的。

结果是测试所需的理想且均匀的热量分布。这使得越来越准确的结果成为可能。

老化测试的类型

最后要讨论的是老化测试的类型。从广义上讲，有两种类型。其中一种称为热测试，直接将测试设备置于老化炉中的某个预先设定的温度下一段预先设定的时间。另一种称为环境应力老化，在给定的初始温度下以给定的速度运行半导体。然后，它逐渐增加半导体运行的速度和周围的温度。测试以这种方式进行一段预定的时间长度或者直到达到一些预定的温度。

对于使设备带电的老化，​​也存在类似的测试条件。事实上，它们经常在高温和高电荷下进行测试。同样重要的是要注意，老化只是电子设备经过的多种质量和寿命测试之一。其他一些包括：

• 在线测试
• X射线测试
• 飞行探测器测试
• 自动检测 (AOI) 测试

如何安排老化测试？

如上所述，公司通常通过将他们想要测试的电子设备放置在专门的老化炉中来进行老化测试。这些烤箱上有 PCB 架子。这些器件被放置在PCB上，通过专门设计的插座连接到其上，并经受被认为适当的任何类型的热或电应力，持续任何被认为适当的时间长度。

家里的普通人一般用不到这样的专门设备。然而，在某些情况下，甚至您也可以在自己家里的某些设备上进行老化测试。使用计算机最容易做到这一点。您可以下载一些特殊类型的 PC 压力测试和可靠性软件，这些软件将执行与笔记本电脑或台式电脑的老化测试大致类似的操作。

老化测试的起源

老化测试本身并没有任何特殊的历史或先驱，而是随着电子设备本身的发展而发展起来的。随着技术的进步和电子设备变得越来越复杂，不仅世界各国政府开始制定所有制造商都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，人们逐渐形成了一套有效的测试协议。工程师非常熟悉硬件的物理原理及其功能，知道电子产品在日常工作中必须承受什么样的压力，因此他们必须通过什么样的障碍才能成为消费者-准备好。具体来说，他们知道半导体在工作时不可避免地会产生热量和电荷，而且热量可能会影响制造半导体的硅和金属部件的物理完整性和可靠性。

渴望保持竞争力的电子公司需要采取一些方法来确保他们的产品是他们能够制造的最好的产品。综合所有这些事实，不难看出老化测试的出现。

随着技术的不断发展，最终的程序将根据需要通过反复试验进行完善——这一过程一直持续到今天。

老化测试有哪些应用？

老化测试用于产品测试。他们的目的是通过尽可能降低电子设备早期故障的概率来最大限度地提高电子设备的质量。这对于电子设备尤其重要，因为与其他类型的产品相比，电子设备的早期故障和故障发生率往往要高得多。通过从最终销售给消费者的产品池中剔除未通过此测试的产品，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。

现实世界中的老化测试示例

老化测试在电子行业随处可见。三星、英特尔和台积电等全球主要半导体制造商一直在使用它们，Nvidia和AMD等 GPU 制造商也一直在使用它们。苹果、戴尔、惠普、东芝和IBM等计算机制造商都使用它们，LG 等智能电视制造商也是如此。事实上，由于老化测试在几乎每家制造任何类型电子硬件的公司的工作中都占有重要地位，因此进行老化测试的公司的完整列表将是庞大的。

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