Các yếu tố môi trường có tác động lớn đến độ tin cậy của sản phẩm và hầu hết các sản phẩm bị hỏng là do các yếu tố môi trường1 Trong gần 20 yếu tố môi trường, ảnh hưởng của nhiệt độ chiếm khoảng 40% tổng tỷ lệ các yếu tố môi trường. Do đó, việc lựa chọn các thông số thích hợp theo đặc điểm của mẫu và bản thân buồng thử nghiệm là rất cần thiết để có thể tối ưu hóa hiệu quả thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ. Hiện nay, các tiêu chuẩn thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ là MIL-STD-883G 1010.8, JESD22-A104-B, v.v., nhưng có sự khác biệt về các thông số trong từng tiêu chuẩn, vì vậy việc phân tích các thông số chính của thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ và lựa chọn các tiêu chuẩn thích hợp có ý nghĩa rất lớn để cải thiện độ tin cậy của các sản phẩm điện tử và giám sát chất lượng sản phẩm.

1. Tiêu chuẩn thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ

Thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ là đặt mẫu vào buồng thử nghiệm với nhiệt độ xen kẽ, để mẫu chịu tác động của nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp liên tục thay đổi, và các hệ số giãn nở nhiệt khác nhau của các vật liệu khác nhau được sử dụng để làm cho mẫu bị biến dạng do tác động của ứng suất nhiệt; Trong quá trình kéo giãn và đùn liên tục, các vị trí lỗi liên tục được mở rộng với tải của chu kỳ nhiệt độ dưới tác động của ứng suất tăng và cuối cùng phát triển thành hỏng hóc. Do đó, các khuyết tật tiềm ẩn của sản phẩm có thể được khuếch đại hiệu quả và đủ thông qua thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ để loại bỏ sản phẩm dễ bị hỏng sớm và thử nghiệm chủ yếu được sử dụng cho các tính chất điện và tính chất cơ học của các thành phần điện tử.

Hiện nay, các tiêu chuẩn được sử dụng nhiều nhất trong các thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ là MIL-STD-883G 1010.8 và JESD22-A104-B.

MIL-STD-883G là phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn quân sự Hoa Kỳ “Tiêu chuẩn phương pháp thử nghiệm thiết bị vi điện tử”, MIL-STD-883 kể từ khi ra đời vào năm 1968 đã phát triển đến phiên bản G ngày nay, sau gần 20 lần cải tiến, ban đầu chủ yếu dành cho thiết bị quân sự, nội dung của nó liên quan đến thử nghiệm và kiểm soát vật liệu thiết bị vi điện tử, kiểm soát kiểm tra thiết kế, kiểm tra và kiểm soát quy trình, sàng lọc, nhận dạng và tính nhất quán về chất lượng và các lĩnh vực khác, việc cải thiện độ tin cậy của thiết bị vi điện tử có vai trò quan trọng, ngày nay, MIL-STD-883 đã được sử dụng làm mô hình cho nhiều tiêu chuẩn quốc gia trong việc thử nghiệm các thiết bị vi điện tử có độ tin cậy cao

JESD22 là phần thử nghiệm ứng suất môi trường của tiêu chuẩn JEDEC, JEDEC là tiêu chuẩn cơ quan hàng đầu cho ngành vi điện tử, đây là tiêu chuẩn được phát triển cho ngành vi điện tử toàn cầu. Theo quan điểm này, MIL STD-883 phải nghiêm ngặt hơn JEDEC. Trong quá trình xây dựng, JEDEC luôn lấy nguyên tắc công bằng, hiệu quả và kinh tế làm nguyên tắc, nỗ lực đảm bảo khả năng tương tác của sản phẩm, rút ​​ngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường và giảm chi phí phát triển. Các chức năng chính của tiêu chuẩn bao gồm các thuật ngữ, định nghĩa, Mô tả và vận hành các đặc tính sản phẩm, bao bì, phương pháp thử nghiệm, chức năng hỗ trợ sản xuất, chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm, v.v.

2. Các thông số chính

Đối với sản phẩm điện tử, tác động của ứng suất môi trường do nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ lên mẫu sẽ khác nhau tùy theo hiệu ứng thử nghiệm, dẫn đến sự khác biệt lớn về tính chất cơ học của mẫu (như hệ số giãn nở nhiệt, hệ số dẫn nhiệt, mô đun Young)…

Trong thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ, các thông số chính ảnh hưởng đến hiệu quả thử nghiệm là: phạm vi thay đổi nhiệt độ, tốc độ nhiệt độ của buồng thử nghiệm, thời gian tiếp xúc của mẫu thử nghiệm ở nhiệt độ cao hoặc thấp, thời gian chuyển đổi và số chu kỳ thử nghiệm được đưa ra trong MIL-STD-883G 1010.8 và JESD22-A104-B, nhưng có một số khác biệt nhất định

(1) Phạm vi nhiệt độ

Phạm vi nhiệt độ đề cập đến sự khác biệt giữa nhiệt độ giới hạn trên T và nhiệt độ giới hạn dưới T. Về nguyên tắc, giá trị càng lớn thì càng tốt, vì nhiệt độ càng cao thì sự tương tác giữa ứng suất nhiệt và mỏi nhiệt được thêm vào mẫu vật cùng một lúc càng lớn và hiệu quả loại bỏ hỏng hóc sớm cũng cao hơn, nhưng đối với một số vật liệu, khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhất định, nó có thể gây ra cơ chế hỏng hóc thường không thấy trong quá trình thiết kế và do hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, khi thử nghiệm trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, rất dễ khiến sản phẩm hỏng hóc sớm.

Ngoài ra, quá trình thử nghiệm gia nhiệt và làm mát dễ tạo ra hiện tượng ngưng tụ hoặc đóng băng trong các thành phần hoặc thiết bị, điều này sẽ gây thêm ứng suất cho mẫu, do đó, việc lựa chọn phạm vi nhiệt độ phụ thuộc vào tình hình cụ thể của sản phẩm, nhiệt độ thử nghiệm không được quá cao hoặc quá thấp, không được gây hại cho sản phẩm bình thường theo tiền đề lựa chọn phạm vi nhiệt độ tối đa, thường là từ 55 ° C ~ +125 ° C.

Do các đối tượng khác nhau của ứng dụng ban đầu của tiêu chuẩn, phạm vi nhiệt độ không giống nhau MIL-STD-883G ban đầu chủ yếu dành cho thiết bị quân sự, vì vậy các quy định về nhiệt độ nghiêm ngặt hơn và JESD22-A104-B là sản phẩm điện tử toàn cầu, tương đối mà nói, nó thoải mái hơn MIL-STD-883G, MIL-STD-883G3 Phạm vi nhiệt độ cao gần gấp đôi JESD22-A104-B. Trong việc lựa chọn nhiệt độ, nên xem xét môi trường hoạt động và việc sử dụng hệ thống, MIL-STD883G 1010.8 trong việc sử dụng các sản phẩm điện tử dân dụng khi nhiệt độ được đặt ở mức 55 ° C ~ +125 ° C. Việc lựa chọn nhiệt độ có tác động đến số chu kỳ thử nghiệm và lựa chọn mô hình.

(2) Tốc độ thay đổi nhiệt độ

Tốc độ gia nhiệt và tốc độ làm mát của buồng thử nghiệm liên quan đến chế độ làm mát trong hộp, nếu áp dụng trực tiếp phương pháp làm mát lưu thông không khí thì tốc độ gia nhiệt bị giới hạn ở mức 5 ~ 10 °C / phút; nếu dùng nitơ lỏng để làm mát thì giá trị là chu kỳ nhiệt độ trong nhà 25 ~ 40 °C / phút.

Buồng thử nghiệm thường được chia thành tuần hoàn không khí và làm mát bằng nitơ lỏng. Các phương pháp làm mát khác nhau của buồng thử nghiệm làm cho các tiêu chuẩn khác nhau khi chỉ định tốc độ thay đổi nhiệt độ.

Nhìn chung, việc tăng tốc độ thay đổi nhiệt độ có lợi cho việc kích thích khả năng phơi nhiễm khuyết tật, tốc độ thay đổi nhiệt độ càng cao, cường độ thử nghiệm càng mạnh, càng dễ kích thích khuyết tật của mẫu; Tuy nhiên, khi tốc độ thay đổi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhất định, cường độ của thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ về cơ bản đạt đến trạng thái bão hòa, mẫu thử không nhạy cảm lắm với sự thay đổi nhiệt độ và sự thay đổi nhiệt độ của mẫu chậm hơn đáng kể so với sự thay đổi nhiệt độ của buồng thử nghiệm.

3. Kết luận

Dựa trên những phân tích trên, có thể thấy rằng, nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt trong việc xây dựng các tham số của tiêu chuẩn chủ yếu thể hiện ở các khía cạnh sau:

Các đối tượng áp dụng khác nhau của MIL-STD-883G ban đầu chủ yếu được sử dụng trong thiết bị quân sự và phạm vi nhiệt độ của chúng nghiêm ngặt hơn, trong khi một tiêu chuẩn khác dành cho sản phẩm dân sự và nhiệt độ thử nghiệm tương đối yếu.

Các phương pháp làm mát khác nhau của buồng thử nghiệm dẫn đến tốc độ thay đổi nhiệt độ khác nhau và phương pháp làm mát lưu thông không khí làm cho tốc độ thay đổi nhiệt độ được chỉ định thấp hơn đáng kể so với các phương pháp khác.

Đối với các sản phẩm điện tử, thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ là một trong những thử nghiệm hiệu quả nhất, không chỉ có thể phát hiện độ tin cậy của các đặc tính điện, đặc tính cơ học, v.v. của sản phẩm mà còn áp dụng một ứng suất nhất định cho mẫu trong quá trình thử nghiệm, để các khuyết tật tiềm ẩn bên trong nó được phơi bày nhanh hơn. Khi tiến hành thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ, các tiêu chuẩn thử nghiệm thích hợp nên được lựa chọn theo chất lượng và khối lượng của các mẫu thử nghiệm, việc sử dụng các mẫu, điều kiện vận hành của buồng thử nghiệm và các yếu tố khác, và các thông số nên được điều chỉnh trên cơ sở các tiêu chuẩn, để tăng cường độ ứng suất một cách thích hợp và rút ngắn thời gian thử nghiệm, do đó cải thiện độ bền thử nghiệm và đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cao của sản phẩm.