Электротермотренировка СВЧ-устройств (Burn-In Testing): увеличение надежности продукции за счет исключения потенциально негодных изделий
При производстве устройств электроники важную роль играет их надежность и соответствие завяленным параметрам на протяжении всего срока службы, особенно если речь идет о специальном применении (оборонная и космическая промышленность, телекоммуникации, медицина и т.д.). Даже после успешного проведения параметрического и функционального контроля существует вероятность отказа устройства при его использовании в реальных условиях эксплуатации. Такие устройства называются потенциально ненадежными, и их использование недопустимо, так как они не способны выдержать заявленный производителем срок службы. Именно для выявления потенциально ненадежных устройств используются специальные методы испытаний: электротермотренировка, термотренировка, энергоциклирование и т.д. Суть данных методов заключается в тестировании партии устройств на предельных значениях тока/напряжения с подачей СВЧ-сигнала и/или внешней температуры.
Рисунок 1: Кривая зависимости вероятности отказа устройства от продолжительности его работы.
На рисунке 1 представлена кривая зависимости вероятности отказа устройства от продолжительности его работы. Как видно из рисунка, наибольшее количество отказов происходит на начальном этапе эксплуатации из-за наличия дефектов при производстве изделия и в конце жизни устройства из-за его износа. Наибольший интерес для производителя заключается в отсеивании всех изделий, которые не выдерживают заявленный срок эксплуатации. Причиной отказа на начальном этапе являются неконтролируемые процессы при производстве. Хорошим примером может выступать оборудование для технологии 5G с большой полосой пропускания по нескольким каналам для достижения большой скорости передачи данных. Требования по увеличению рабочих частот приводят к уменьшению геометрических размеров устройства. Это в свою очередь влечет к появлению скрытых дефектов при производстве из-за использования предельных режимов работы технологического оборудования. Кроме того, качество конечного продукта в значительной степени зависит от чистоты исходных материалов, выбранных правил проектирования электронных устройств и самой организации производственного процесса. Поэтому этап финальных испытаний является обязательным для производителя, благодаря чему можно исключить потенциально ненадежные устройства.
В случае наиболее комплексного испытания – электротермотренировки – на устройство подается не только электрическое воздействие, но и задается температура окружающей среды в термокамере. Длительность испытаний может быть сокращена за счет увеличения температуры внутри камеры. Однако нужно понимать, что слишком жесткие условия могут забраковать и исправные изделия. Таким образом, процесс тренировки может занимать от нескольких часов до нескольких сотен часов при температурах в широком диапазоне (к примеру, от -60 до +150 °С) в зависимости от области применения устройства. Учитывая столь большую длительность испытаний, возникает необходимость проводить одновременно тренировку как можно большего количества устройств. Ограничением в данном случае является как однородность распределения температуры внутри камеры, так и возможности контрольно-измерительной системы по увеличению количества каналов для тестирования каждого устройства.
Первая задача решается многими производителями термокамер за счет использования датчиков температуры для каждого изделия, а также системы локального охлаждения. Вопрос увеличения каналов, в особенности для СВЧ-устройств, на сегодняшний день является наиболее актуальным. В большинстве случаев устройства непрерывно запитываются по постоянному току, тогда как СВЧ-сигнал подается от одного генератора через усилитель на делитель мощности, который распределяет сигнал на необходимое количество каналов. Очевидно, что недостатками такого решения являются необходимость использования усилителя и невозможность контроля параметров сигнала для каждого канала. Непосредственно для решения этих задач у компании AnaPico представлены многоканальные аналоговые (серия MCSG/RFLC/RFS40, RFSYN20) и векторные (серия RFVSG-X) генераторы сигналов в форм-факторе для 19-ти дюймовой стойки высотой 1U и 2U соответственно.
Рисунок 2: Многоканальный генератор Anapico серии MCSG-ULN высотой 1U.
Рисунок 3: Многоканальный генератор Anapico серии MCSG-ULN высотой 2U.
Встроенные типы модуляций (AM, FM, ΦM и импульсная) аналогового генератора позволяют работать с разными типами устройств. Для каждого выхода векторного генератора предусмотрен высокопроизводительный внутренний I / Q-модулятор, который обеспечивает независимые настраиваемые формы сигналов модуляции и поддерживает специальные схемы модуляции (FSK, PSK, ASK, QAM, I/Q, импульсная, пачка импульсов, импульсная с ЛЧМ, широкополосная FM/PM).
Помимо возможности подачи сигналов на тестируемое устройство, при проведении испытаний необходимо также обеспечить своевременную передачу команд и сбор данных от контрольно-измерительных приборов. Для этого в многоканальных генераторах предусмотрена возможность управления через различные интерфейсы, такие как USB, LAN или GPIB, используя стандартный командный язык SCPI. Интерфейс прикладного программирования (API) и примеры программирования для MATLAB, LabVIEW, C++ и других коммерчески доступных инструментов делают управление прибором очень доступным.
Описанные выше особенности многоканальных генераторов AnaPico позволяют удовлетворить возрастающие требования при проведении испытаний на надежность СВЧ-устройств. Высокие технические характеристики (низкий уровень фазовых шумов, высокая выходная мощность, быстрая перестройка частоты, разные типы модуляций и прочее) обеспечивают сигнал с требуемыми параметрами на каждом тестируемом устройстве без использования усилителя сигналов и делителя мощности. Таким образом, удается достичь большей функциональности испытательного системы без увеличения её общей стоимости.
