電子設(shè)備在提高功能和性能的同時(shí)也向小型化、輕量化迅速發(fā)展。這就要求在盡量縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間的同時(shí)，必須確保產(chǎn)品的可靠性及安全性。為了達(dá)到這個(gè)目的，就必須要更有效、更正確地實(shí)施環(huán)境試驗(yàn)。愛斯佩克公司為了滿足這些要求，將環(huán)境試驗(yàn)與電氣特性測試相結(jié)合，設(shè)計(jì)開發(fā)了能夠通過在環(huán)境試驗(yàn)條件下對試樣特性連續(xù)測試，實(shí)時(shí)把握試料特性和判定異常狀況的各種自動測試系統(tǒng)。在此對自動測試系統(tǒng)的有效性及其部分構(gòu)成作以下介紹。
　　 1. 前言

　　為使電子設(shè)備小型輕量，電子行業(yè)正致力于半導(dǎo)體IC封裝件及電子零部件的微型化。同時(shí)，在封裝領(lǐng)域也在開發(fā)能夠使高密度封裝成為可能的合成電路板，研究針對封裝件的連接方法和結(jié)合材料。再者為提高產(chǎn)品市場競爭力，不僅在性能、成本上，而且還必須考慮環(huán)境保護(hù)以及現(xiàn)代社會各種限制因素，諸如要采用無鉛焊接技術(shù)、遵守焊劑VOCS(Volatile Organnic Compounds)規(guī)定、開發(fā)環(huán)保型印刷電路板等。于是開發(fā)課題增多，既要縮短開發(fā)時(shí)間，又要確保產(chǎn)品可靠性就變得越來越重要了。在這種情況下，勢必需要使用對可靠性及安全性能夠作出高效、準(zhǔn)確的測試手段。

　　本公司在開發(fā)研制自動測試系統(tǒng)時(shí)，將其與通常用在性能確認(rèn)和可靠性評價(jià)的環(huán)境試驗(yàn)裝置相組合，實(shí)現(xiàn)了在進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的同時(shí)，又能夠連續(xù)自動測試試樣電氣特性；通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的抽樣，發(fā)現(xiàn)其中的故障及不良狀況。下面將論述在試驗(yàn)環(huán)境中連續(xù)自動測試試樣的電氣特性的有效性，并結(jié)合具體實(shí)例介紹這一測試系統(tǒng)。

　　2.測試評價(jià)的最新要求

　　為縮短開發(fā)時(shí)間，確保這些高性能且復(fù)雜化產(chǎn)品的可靠性，就必須考慮比現(xiàn)在更有效且更準(zhǔn)確的評價(jià)方法。如圖(略)所示。

　　2-1如何進(jìn)行省力高效的試驗(yàn)評價(jià)

　　為了高效率地進(jìn)行評價(jià)工作，首先應(yīng)縮短測試評價(jià)所需的時(shí)間。其次是縮短試驗(yàn)作業(yè)工序所需的時(shí)間，以及通過重新審視評價(jià)的判定方法以縮短試驗(yàn)時(shí)間。例如在壽命試驗(yàn)的情況下，最普通的評價(jià)方法是根據(jù)每隔一定時(shí)間所測定的數(shù)據(jù)，來判斷故障情況以及試樣間的優(yōu)劣狀況。這時(shí)，用于判斷的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的測試間隔越短，對壽命以及異常的判斷也就越快，同時(shí)試驗(yàn)時(shí)間也能縮短。而且這時(shí)若能夠做加速壽命試驗(yàn)，那么試驗(yàn)時(shí)間的短縮效果就更明顯了。在后面，我們將對試驗(yàn)作業(yè)工序的省力化，通過連續(xù)測試而得來的數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)的效率化，以及縮短試驗(yàn)時(shí)間的方法做出說明。

　　2-2何謂更準(zhǔn)確的故障評價(jià)

　　隨著產(chǎn)品性能提高和密度加強(qiáng)，使得在此之前不被認(rèn)為是問題的事項(xiàng)，或者產(chǎn)品特性的微小變化都成了故障的原因，因此有必要進(jìn)一步提高評價(jià)的準(zhǔn)確度。另外，為了更準(zhǔn)確地進(jìn)行評價(jià)，還應(yīng)精確地捕捉試驗(yàn)中所發(fā)生的故障現(xiàn)象，增加解析工作所需的信息量。

　　有一類故障的發(fā)生，不在一個(gè)特定環(huán)境下不會發(fā)生，或不在這種特定環(huán)境中這種故障不會輕易地被測試出來，或是故障的再現(xiàn)性很差（即很難預(yù)測到它何時(shí)會發(fā)生）。例如，由于離子遷移而造成的絕緣劣化、以及熱膨脹系數(shù)的差異而引起接觸不良、開合現(xiàn)象。為了準(zhǔn)確把握這時(shí)發(fā)生的阻抗值變化，就必須選擇在這個(gè)試驗(yàn)環(huán)境中符合其故障模式的測試方法，而且還必須能對試樣特性連續(xù)地進(jìn)行測定。

　　為了明確故障的發(fā)生原因，更正確的對產(chǎn)品壽命進(jìn)行預(yù)測，必須對故障發(fā)生的事實(shí)以及時(shí)間做正確的測試。另外還要求解析工作所需數(shù)據(jù)，必須是在試樣的特性變化同溫度及濕度等環(huán)境條件之間有比較性的數(shù)據(jù)。如果要考慮分布偏差的特性，就應(yīng)確?？晒┙y(tǒng)計(jì)判斷的數(shù)據(jù)量。因?yàn)橥瑯踊ㄙM(fèi)相同的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，為了更準(zhǔn)確的得到評價(jià)結(jié)果，解析所用到的信息量當(dāng)然是多多益善。

　　3.自動測試系統(tǒng)

　　本公司的自動測試系統(tǒng)開發(fā)的基本思路如圖2所示。自動測試系統(tǒng)是能夠?qū)h(huán)境試驗(yàn)與電氣測試相結(jié)合，并在環(huán)境試驗(yàn)中對電子零部件及設(shè)備的電氣特性進(jìn)行實(shí)時(shí)測試、數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。其硬件和軟件有能力在環(huán)境試驗(yàn)條件下，正確的捕捉評價(jià)所需數(shù)據(jù)和故障模式特有的特性變化。而環(huán)境試驗(yàn)裝置的控制、試驗(yàn)管理、數(shù)據(jù)處理，均由計(jì)算機(jī)自動實(shí)施。

　　自動測試系統(tǒng)的離子遷移評價(jià)系統(tǒng)、絕緣電阻評價(jià)系統(tǒng)以及漏電電流評價(jià)系統(tǒng)、瞬間開合評價(jià)系統(tǒng)等已商品化（圖3略）。

　　4.連續(xù)自動測試的有效性

　　下面以離子遷移評價(jià)、焊點(diǎn)連接可靠性評價(jià)以及瞬間開合評價(jià)為例，介紹一下在試驗(yàn)環(huán)境下連續(xù)測試的有效性以及實(shí)現(xiàn)這一有效性的自動測試系統(tǒng)。

　　 4-1離子遷移評價(jià)
　　 4-1-1離子遷移與評價(jià)的重要性
　　 離子遷移是指在印刷電路板等產(chǎn)品上，由于離子化金屬向相反電極移動，在相對電極還原成原來的金屬并有析出的現(xiàn)象。
　　 此現(xiàn)象的發(fā)生是由于在電極間存在電場和絕緣間隙部存在水分的緣故。實(shí)際上多數(shù)由于電路板上雜質(zhì)影響而在正級一側(cè)析出的。照片1是用水滴法進(jìn)行試驗(yàn)產(chǎn)生離子遷移的照片。離子遷移非常脆弱，在通電瞬間產(chǎn)生的電流會使離子遷移本身溶斷消失。
　　 過去，這本就是眾所周知的現(xiàn)象。最近因?yàn)樵诮M合電路板、BGA(Ball Grid Array)等IC封裝件里面的配線，均已向高密度發(fā)展，加上它們之間電場強(qiáng)度增加、絕緣距離縮短，殘留焊劑及在新材料中包含的雜質(zhì)，還有電子設(shè)備便攜化容易受吸濕影響，更容易發(fā)生離子遷移。而且發(fā)生離子遷移后很短時(shí)間內(nèi)就會產(chǎn)生故障，因此針對這個(gè)現(xiàn)象的評價(jià)就變得極其重要了。

　　4-1-2離子遷移評價(jià)中連續(xù)自動測試的有效性
　　 離子遷移評價(jià)以前通常使用梳型電路板為試料，高溫高濕環(huán)境下在梳型電極之間施加電壓信號進(jìn)行試驗(yàn)。電極間絕緣電阻的測試則是在每一個(gè)規(guī)定時(shí)間內(nèi)從高溫高濕槽中取出試料在室溫環(huán)境下進(jìn)行。但是正像前面介紹的那樣，可以想象采用這種評價(jià)方法在實(shí)際測定時(shí)，離子遷移現(xiàn)象已經(jīng)消失并恢復(fù)到高絕緣狀態(tài)。因此盡管發(fā)生異常，也會存在誤認(rèn)為沒有異常的危險(xiǎn)。而且大量試料的絕緣電阻都是由人工測定，處理這些數(shù)據(jù)本身就是一項(xiàng)既費(fèi)時(shí)、效率又低的工作。為解決這些問題，就需要在高溫高濕環(huán)境下一邊在電極間施加電壓應(yīng)力，一邊連續(xù)的自動測試因離子遷移而在瞬間發(fā)生絕緣劣化和絕緣阻值變化，只有這樣才是有效的。圖4顯示的是在高溫高濕環(huán)境下連續(xù)測試焊劑的絕緣電阻而確認(rèn)到的劣化特性一例。
　　 從此例我們可了解到，如果在高溫高濕狀態(tài)下連續(xù)測試絕緣電阻，則可以準(zhǔn)確獲得因離子遷移導(dǎo)致的絕緣劣化特性和發(fā)生故障的時(shí)間。而且還可以從電阻值的變化上知道試驗(yàn)開始初期階段以來的試料間所產(chǎn)生的差異、以及到發(fā)生故障時(shí)電阻值發(fā)生了紊亂等信息。

　　4-1-3離子遷移評價(jià)
　　 在離子遷移評價(jià)中，應(yīng)具備在試驗(yàn)環(huán)境下高速測試出絕緣劣化的測試功能和正確測試絕緣電阻變化的功能。而且還能夠和環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)同步控制，采集絕緣電阻值、試驗(yàn)環(huán)境（溫濕度等）等相關(guān)數(shù)據(jù)并自動生成圖表。同時(shí)通過LAN進(jìn)行遠(yuǎn)程處理。

　　以下具體介紹一下離子遷移評價(jià)。

　　使用本系統(tǒng)可正確測定1013Ω級的絕緣電阻，同時(shí)通過高速漏電檢知功能可測試出離子遷移發(fā)生時(shí)，在極短的瞬間內(nèi)絕緣電阻發(fā)生的變化。

　　在標(biāo)準(zhǔn)配置下，可以通過掃描儀的切換來同時(shí)測定25個(gè)試料。為保證獲得穩(wěn)定的高電阻信號，采用了專測高電阻的掃描儀。此外還配備施加應(yīng)力電壓的電源和環(huán)境試驗(yàn)裝置連動用的轉(zhuǎn)換器、高絕緣電阻測定專用電纜、中轉(zhuǎn)裝置以及控制用電腦等試驗(yàn)所必需的裝置。系統(tǒng)構(gòu)成見圖5，主要規(guī)格見表1。
在離子遷移評價(jià)系統(tǒng)中，還有與表1所示規(guī)格不同、通用性較強(qiáng)的AEI系列。

　　4-2焊接接點(diǎn)可靠性評價(jià)

　　4-2-1焊接接點(diǎn)可靠性評價(jià)的必要性

　　因組合電路板及BGA、CSP(Chip Size Package)等陣列型IC封裝件的出現(xiàn)，封裝密度的飛躍發(fā)展，產(chǎn)品急速小型、輕量化。

　　但BGA、CSP是通過焊在封裝件背面的焊錫球與電路板直接連接的，封裝件與電路板熱膨脹系數(shù)存在差異導(dǎo)致應(yīng)力不能分散、緩解，因而多集中在焊錫連接處。其結(jié)果自然是在焊錫連接處出現(xiàn)開合，造成連接可靠性降低。此外，隨著電子設(shè)備小型化，易受到設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱影響，設(shè)備動作時(shí)/非動作時(shí)的溫差擴(kuò)大，因熱膨脹系數(shù)差而產(chǎn)生應(yīng)力。另一方面，因封裝件小型化，連接處微細(xì)化，連接處強(qiáng)度降低等等，要評價(jià)連接可靠性的重要性就愈加強(qiáng)烈了。

　　4-2-2焊接接點(diǎn)可靠性評價(jià)中連續(xù)自動測試的有效性

　　焊接接點(diǎn)可靠性評價(jià)是為了評價(jià)各組成材料的熱膨脹系數(shù)差異而產(chǎn)生的應(yīng)力影響。從前的做法是以溫度循環(huán)作為環(huán)境條件來進(jìn)行試驗(yàn)。連接狀態(tài)的評價(jià)采取在規(guī)定的每個(gè)循環(huán)中（如做1000個(gè)高低溫溫度循環(huán)試驗(yàn)，每100、250、500、750循環(huán)）從試驗(yàn)槽拿出試料，在室溫下測試連接處電阻值與初期值作比較，或者以目測的方法來確認(rèn)。但用此方法，在進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)的環(huán)境下（特別是在高溫放置時(shí)）即便在連接處發(fā)生開合，恢復(fù)室溫后斷裂面則又呈通電狀態(tài)，電阻值不出現(xiàn)變化。所以即使已經(jīng)發(fā)生開合，但在室溫狀態(tài)下對電阻進(jìn)行的測試也是難以正確捕捉到此現(xiàn)象的。此外，BGA、CSP連接處因是在封裝件的背面，而且更多的是連接處被樹脂包覆，靠目視觀察十分困難。

　　為解決這一問題，要是能夠在溫度循環(huán)試驗(yàn)下連續(xù)獲得連接處的電阻值變化，將這些電阻值增加現(xiàn)象作為焊點(diǎn)斷裂產(chǎn)生的相應(yīng)特性進(jìn)行評價(jià)，將是極為有效的手段。這一方法與傳統(tǒng)方法比較，可更準(zhǔn)確（故障發(fā)生的檢知）、更有效地（在最合適的試驗(yàn)時(shí)間）進(jìn)行故障評價(jià)。

　　樣品B均無顯著變化。但我們看到樣品B在第307循環(huán)附近的高溫區(qū)域，連續(xù)測定電阻值發(fā)生了kΩ級的變化。用這種方法來評價(jià)的話，能夠準(zhǔn)確獲取故障發(fā)生的事實(shí)及時(shí)間（循環(huán)數(shù)）。同時(shí)，通過觀察試驗(yàn)過程，從故障發(fā)生時(shí)的特性變化能夠直接判斷試樣間的優(yōu)劣情況，由于能夠在故障發(fā)生的瞬間進(jìn)行判別，體現(xiàn)了縮短試驗(yàn)時(shí)間的效果。

　　4-2-3 印刷電路板·焊接導(dǎo)體阻抗評價(jià)系統(tǒng)

　　下面以具體實(shí)例來介紹印刷電路板·焊接導(dǎo)體阻抗評價(jià)系統(tǒng)（照片3）。此系統(tǒng)是與冷熱沖擊裝置等組合使用，具有對曝露于試驗(yàn)環(huán)境下試樣導(dǎo)電電阻的自動測試功能、阻抗變化數(shù)據(jù)自動生成圖表及異常自動判定功能。

　　4-3瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)
　　 4-3-1 瞬間斷線評價(jià)的必要性
　　 伴隨電子設(shè)備的高性能化，從前不被認(rèn)為是問題的現(xiàn)象，或者產(chǎn)品特性的微小變化都會引起故障。引起這些故障的要因之一就是瞬間斷線（瞬間回路接點(diǎn)連接或斷開）。

　　對于這種瞬間斷線的評價(jià)，以前主要是針對處于劇烈振動環(huán)境中的車用電子設(shè)備上使用的連接器、繼電器等連接部件為主進(jìn)行的?？墒亲罱捎谝话汶娮釉O(shè)備也因?yàn)槠浔銛y化而變得易受振動，另外在追求更高性能時(shí)為防止瞬間信號中斷引起致命誤動作，所以對瞬間斷線進(jìn)行評價(jià)的要求日增。

　　4-3-2 瞬間斷線評價(jià)的問題點(diǎn)

　　瞬間斷線評價(jià)一般來說就是對試樣施加振動，測定該時(shí)間點(diǎn)接點(diǎn)或連接部分是否發(fā)生瞬間斷線現(xiàn)象。
通常故障判定是指以「1μsec 以上的瞬間斷線不發(fā)生」為條件進(jìn)行試驗(yàn)。如圖8，如果是連接器的話，瞬間斷線測定方法就是在連接器處于連接狀態(tài)時(shí)，將電流通過接點(diǎn)部分，用示波器或記憶記錄器功能檢出接點(diǎn)部分在極短時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的電壓上升的一種方法。

　　但是用這種方法對復(fù)數(shù)試樣進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，需要相同數(shù)目的記錄儀。從成本來說，同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)的試樣數(shù)有限也是一個(gè)問題，而且現(xiàn)狀是不能連續(xù)測定瞬間斷線發(fā)生狀況以及不知瞬間斷線發(fā)生時(shí)與振動有何相互關(guān)聯(lián)，使得試驗(yàn)不能得到足夠?qū)υu價(jià)有用的信息。

　　4-3-3瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)

　　瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)是一種能在振動試驗(yàn)或冷熱沖擊試驗(yàn)環(huán)境下、可對復(fù)數(shù)試樣連續(xù)測定發(fā)生瞬間斷線次數(shù)和當(dāng)時(shí)瞬間斷線時(shí)間及振動頻率、加速度、溫度，并把數(shù)據(jù)記錄下來的系統(tǒng)（照片4）。

　　4-3-4瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)中自動連續(xù)評價(jià)事例

　　下面介紹一下使用瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)連續(xù)測試?yán)^電器接點(diǎn)的瞬間斷線發(fā)生事例。
　　 為確認(rèn)繼電器焊接點(diǎn)因振動發(fā)生瞬間斷線的情況，我們把瞬間斷線評價(jià)系統(tǒng)的測試電纜接到了繼電器接點(diǎn)上作振動試驗(yàn)。結(jié)果如圖10所示，在10Hz~100Hz的1次掃描發(fā)生了57次瞬間斷線。而且瞬間斷線時(shí)間最大3.4μsec。（測定條件 ①施加電流：1mA ；②瞬間斷線測試電壓：0.5V ；③瞬間斷線時(shí)間：測試500nsec以上的瞬間斷線；④振動條件：參照圖11振動試驗(yàn)條件。但目的是要發(fā)生瞬間斷線，所以振動條件比通常的評價(jià)試驗(yàn)要嚴(yán)酷。）

　　如此若能連續(xù)測試瞬間斷線的發(fā)生次數(shù)以及瞬間斷線時(shí)間，則更容易了解各連續(xù)時(shí)間點(diǎn)與相對試驗(yàn)環(huán)境的特性。而且使用在瞬間斷線發(fā)生試驗(yàn)條件（振動頻率、掃描次數(shù)、溫度等）同步數(shù)據(jù)記錄功能，可得到對評價(jià)更有效的信息。因?yàn)橄到y(tǒng)可同時(shí)對多個(gè)試樣作試驗(yàn)，所以可比以往更簡單地判別試樣間的偏差以及產(chǎn)品的優(yōu)劣，能更準(zhǔn)確、高效地實(shí)施試驗(yàn)評價(jià)。

　　此外，此系統(tǒng)也可用于在溫度循環(huán)試驗(yàn)條件下，對因各種連接器或連接零部件的熱膨脹系數(shù)差而導(dǎo)致在極短時(shí)間內(nèi)所發(fā)生的開路現(xiàn)象的評價(jià)。

　　5.結(jié)束語

　　通過將環(huán)境試驗(yàn)與測試、數(shù)據(jù)處理相組合而集成的自動化系統(tǒng)可大大提高評價(jià)效率。而且還可通過在試驗(yàn)環(huán)境下連續(xù)測得的數(shù)據(jù)，捕捉到至今未知的現(xiàn)象，并可期待它能夠得到更準(zhǔn)確的評價(jià)結(jié)果。我們確信在今后的評價(jià)過程中它將會成為非常有效的測試工具。

　　[術(shù)語說明]
　　 1、 VOCS（揮發(fā)性有機(jī)化合物）規(guī)制
　　 VOCS (Volatile Organnic Compounds)是指低沸點(diǎn)有機(jī)化合物與NOX共存，在紫外線的作用下生成光化學(xué)氧化劑、PAN (Peroxyacetylnitrate)等化合物。這些物質(zhì)會給人體及植物帶來惡性影響，在歐美正準(zhǔn)備立法削減VOCS。
　　 2、 BGA(Ball Grid Array)
　　 可高密度插裝的IC封裝件。這種表面貼裝型封裝件的背面有和電路板連接的端子，在格珊上排列有球狀焊點(diǎn)。
　　 3、 CSP(Chip Size Package)
　　 可高密度插裝的IC封裝件。與半導(dǎo)體插孔大小一樣或同等、BGA結(jié)構(gòu)的表面貼裝型封裝件。