Elektronische Prüfungen in der Umweltkammer

Wenn Sie diesen Artikel lesen, bedeutet das, dass elektronische Tests Ihr Leben beeinflusst haben, selbst wenn Sie es nicht wissen.

Tatsächlich müssen alle elektronischen Produkte – von Unterhaltungselektronik bis hin zu Bauteilen – eine Reihe strenger Tests bestehen, um ihre Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. 

Diese Tests umfassen ein breites Spektrum an Verfahren zur Bewertung verschiedener Aspekte elektronischer Bauteile, von ihren elektrischen Eigenschaften bis hin zu ihrem Verhalten unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen. In diesem Artikel konzentrieren wir uns speziell auf Umweltprüfungen elektronischer Bauteile und untersuchen deren Zweck, die wichtigsten Testarten und die Bedeutung von Klimakammern.

Wozu werden Umwelttests an Elektronikgeräten eingesetzt?

an Umwelttests Elektronikgeräten sind von entscheidender Bedeutung, um festzustellen, wie die Geräte auf unterschiedliche Umweltbedingungen reagieren, wie z. B. extreme Temperaturen, plötzliche oder zyklische Änderungen und unterschiedliche Luftfeuchtigkeitswerte. 

Diese Tests helfen dabei, das Verhalten elektronischer Bauteile in realen Situationen vorherzusagen und sicherzustellen, dass sie auch unter widrigsten Bedingungen korrekt und sicher funktionieren. 

Das Hauptziel besteht darin, Konstruktionsfehler , um die Zuverlässigkeit des Endprodukts zu verbessern.

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Arten von elektronischen Klimatests

Es gibt verschiedene Arten von elektronischen Umweltprüfungen, jede mit ihrem eigenen Zweck und Anwendungsgebiet.

Im Folgenden betrachten wir die drei gebräuchlichsten Tests , die sowohl in der Unterhaltungselektronik als auch bei Bauteilen eingesetzt werden. 

• Burn-In- Test: Dieser Test wird hauptsächlich an elektronischen Platinen durchgeführt und simuliert einen Kurzschlussaller Komponenten. Die Testtemperatur muss sorgfältig kontrolliert werden, um die Chips nicht zu beschädigen, aber gleichzeitig hoch genug zu sein, um spezifische Bedingungen zu simulieren.

Die Richtlinien für die Durchführung des Tests finden Sie in der MIL-STD-883 , weitere Informationen zum Test finden Sie hier.

• Zyklenprüfung Thermische : Bei der thermischen Zyklenprüfung werden elektronische Bauteile gemäß spezifischer Verfahren, wie sie beispielsweise in IEC 60068-2-14 beschrieben sind, zyklisch erhitzt und abgekühlt . Diese Prüfung ist unerlässlich, um die Beständigkeit eines Bauteils gegenüber Temperaturschwankungen zu bewerten, und wir haben sie hier ausführlicher beschrieben.

• Feuchtigkeits- und Feuchtwärmeprüfung: Die Luftfeuchtigkeit ist ein wichtiger Umweltfaktor für die Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit elektronischer Geräte. Die Feuchtigkeits- und Feuchtwärmeprüfung dient genau diesem Zweck. Wir haben sie hier ausführlicher beschrieben. Zu den Normen, die sie definieren, gehören die bereits erwähnten MIL-STD 883 und IEC 60068-2-30.

Die Umweltkammer für Elektronikprüfung

Das Laborinstrument zur Durchführung elektronischer Umwelttests wird als Klimakammer bezeichnet.

Umweltkammern gehören zur Familie der Klimakammern und sind auf extreme Klimatests, das heißt, sie erreichen signifikante positive und negative Temperaturwerte.

Die Klimakammer besteht aus einem vollständig von der Außenwelt isolierten Abteil, das mit fortschrittlichen Technologien ausgestattet ist, die es ermöglichen, präzise Werte für Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit einzustellen, zu regulieren und zu überwachen .

Für elektronische Prüfungen die zu prüfende Probe in die Kammer eingelegt und Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit für einen vordefinierten Zeitraum eingestellt. Beim Zyklustest ein sogenannter dynamischer Test , der alle Testphasen automatisch durchführt.

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Die FDM-Klimakammer für Elektroniktests

Die FDM – Environment Makers erfüllt alle Voraussetzungen, um die in diesem Artikel beschriebenen Tests durchzuführen.

Der stillFACE gewährleistet Präzision und Zuverlässigkeit bei statischen Tests, während der -Programmer revoFACE dem Bediener die Einrichtung einer breiten Palette dynamischer Tests ermöglicht.

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Referenzstandards

• IEC 60068-Reihe — Umweltprüfung: ein vollständiger Satz von klimatischen und mechanischen Prüfverfahren zur Qualifizierung elektronischer Bauteile und Geräte.
• JEDEC JESD22-A101/A104/A110 — Halbleiterzuverlässigkeit: Dauerhafter Zustand bei feuchter Wärme, Temperaturwechseltest und HAST für die Qualifizierung von Kunststoffgehäusen.
• IPC-TM-650 — Testmethodenhandbuch: Standardisierte Verfahren zur Charakterisierung von Leiterplatten, Laminaten, Durchkontaktierungen und Oberflächenbeschaffenheiten.
• IEC 61000-4 Reihe — Elektromagnetische Verträglichkeit: Immunität gegen ESD, EFT, Überspannung, abgestrahlte und leitungsgebundene HF.
• AEC-Q100 — Stresstest-Qualifizierung für integrierte Schaltungen: Anforderungen der Automobilzulieferer der Stufe 1 an ICs, die für die Güteklassen 0/1/2/3 vorgesehen sind.
• IEC 61340-5-1 — Elektrostatik: Schutz elektronischer Geräte vor elektrostatischen Phänomenen, Anforderungen an ESD-Kontrollprogramme.

Autoritative Quellen

• Die JEDEC Solid State Technology Associationveröffentlicht die JESD22-Reihe für die Zuverlässigkeitsqualifizierung von Halbleitern.
• IPC – Verband der Elektronikindustrie. Pflegt die IPC-TM-650-Testmethoden und Qualitätsstandards für die elektronische Montage.
• AEC – Automotive Electronics Council. Gibt die Referenzstandards AEC-Q100/Q101/Q104/Q200 für die Fahrzeugqualifizierung heraus.

Häufig gestellte Fragen zu elektronischen Prüfungen in Klimakammern

Unterschied zwischen Burn-in und HALT?

Das Einbrennen ist ein Fertigungsprozess, bei dem alle Teile 24 bis 168 Stunden lang hohen Temperaturen (typischerweise 85–125 °C) und einer Vorspannung ausgesetzt werden. Ziel ist es, die sogenannte „Initial Mortality“ (Anfangsfehler) zu eliminieren (siehe Badewannenkurve links): Teile mit latenten Defekten fallen vor der Auslieferung aus. Es handelt sich um eine 100%ige Prozesskontrolle, die zwar die Stückkosten erhöht, aber die Chargenfehlerrate (PPM) verbessert. HALT (Highly Accelerated Life Test) ist eine Produktentwicklungsmethode in der Entwicklungsphase: An einer kleinen Anzahl von Proben werden progressive Temperaturbelastungen (-60/+150 °C), 6-Sigma-Randomvibrationen (20–60 Grms) und kombinierte thermomechanische Belastungen angewendet, bis die Zerstörungsgrenzen des Produkts erreicht sind. Ziel ist es, Konstruktionsschwächen aufzudecken und vor der Produktion Korrekturmaßnahmen einzuleiten. HASS (Highly Accelerated Stress Screen) wendet 50 % der HALT-Belastungen als Screening nach der Produktion an und ist dem traditionellen Einbrennen hinsichtlich Zeitaufwand und Fehlerabdeckung überlegen. Für HALT/HASS-Kammern werden Aufheizraten von >= 60 °C/min und ein integrierter pneumatischer Vibrationstisch benötigt.

Wie führt man einen JEDEC-Temperaturzyklus durch?

JESD22-A104 definiert die Bedingungen B (-55 / +125 °C), C (-65 / +150 °C) und G (-40 / +125 °C), die typisch für die Qualifizierung von ICs und Modulen sind. Profil: kontrollierte Abkühlung (typischerweise 15 °C/min), 10–15 min Verweilzeit bei der Extremtemperatur zur thermischen Angleichung des Gehäuses, anschließende Aufkühlung (15 °C/min) und 10–15 min Verweilzeit in der entgegengesetzten Richtung. Ein vollständiger Zyklus dauert ca. 60 min. Die Automobilqualifizierung nach AEC-Q100 Grad 1 erfordert 1000 Zyklen bei -40 / +125 °C, Grad 0 erfordert 2000 Zyklen bei -40 / +150 °C. Der Test beschleunigt Ausfallmechanismen wie Lötstellenermüdung (Coffin-Manson-Modell mit Exponent m = 2,5), Ablösung der Vergussmasse, Siliziumrisse aufgrund von Wärmeausdehnungskoeffizienten-Fehlanpassungen und Bonddrahtbruch. Nach dem Zyklieren werden für jeden Parameter funktionelle elektrische Tests durchgeführt, darunter Röntgenprüfungen zur Überprüfung auf Delamination und Schertests an Lötstellen. Die Kammer muss eine Temperaturhomogenität von ± 3 °C im nutzbaren Volumen, eine reproduzierbare Temperaturrate von Zyklus zu Zyklus sowie eine kontinuierliche Aufzeichnung mit Protokollierung gewährleisten.

Was ist der HAST-Test zur beschleunigten Feuchtigkeitsmessung?

Der HAST ( Highly Accelerated Temperature and Humidity Stress Test ) gemäß JESD22-A110E simuliert 96 Stunden lang (starke Belastung) oder RH . Eine elektrische Vorspannung simuliert die Betriebsbedingungen. Die Beschleunigung im Vergleich zum herkömmlichen Feuchtwärmetest bei 85 °C und 85 % RH (1000 h, JEDEC A101) beträgt laut Peck-Modell etwa das 10- bis 20-Fache. Der Test zeigt: (1) Korrosion der Aluminiumdrahtbondierung durch Feuchtigkeitseintritt; (2) Delamination der Vergussmasse/Chip-Grenzfläche; (3) Metallmigration zwischen benachbarten Pins; (4) Degradation der Siliziumpassivierung. Der HAST ist obligatorisch für die Automobilqualifizierung AEC-Q100 Grade 0/1 und für Kunststoffgehäuse MSL 3-5. Die Kammer erfordert einen PED-zertifizierten Autoklaven, kontrollierte DI-Wasser-Einspritzung,RHredundante 264 Stunden lang (erweiterte Belastung) bei 130 °C und 85 % RH in einem Autoklaven mit einem absoluten Druck von 2,3 bar Luftfeuchtigkeit T/ /P-Sensoren mit einer Messunsicherheit von ≤ 0,5 °C und < 2 %.

Welche Belastungen sollten für die Qualifizierung im Automobilbereich kombiniert werden?

AEC-Q100 definiert einen Pool von 41 Tests, die in 7 Gruppen unterteilt sind: Gruppe A: Beschleunigte Umgebungsbedingungen (HAST, AC, THB); Gruppe B: Beschleunigte Lebensdauer (HTOL, ELFR, EDR); Gruppe C: Gehäuseintegrität (TC, PTC, HTSL, AC); Gruppe D: Chipfertigung (EM, TDDB, HCI, NBTI); Gruppe E: Elektrische Verifizierung (PC, PRE); Gruppe F: Defektorientierte Tests (IDDQ, FG); Gruppe G: Gehäuse (MS, VFV). Die typische Testsequenz umfasst drei Schritte: Schritt 1 Vorkonditionierung + HAST 96 h + elektrische Prüfung; Schritt 2 : Vorkonditionierung + TC 1000x -40/+125 °C + elektrische Prüfung; Schritt 3: Vorkonditionierung + HTSL 500–1000 h bei 150 °C + elektrische Prüfung. Jeder Schritt erfordert 77 Teile aus 3 verschiedenen Chargen. Die Vorbehandlung simuliert die reale Montage: Ausheizen bei 125 °C, MSL-spezifische Feuchtigkeitslagerung und drei Reflow-Lötvorgänge bei 260 °C. Die Qualifizierungs-Testplatine entspricht den Standardabmessungen von Jedec und verfügt über Reihenschaltungen für Koronawiderstand und Kapazität zur parametrischen Messung. Die vollständige Qualifizierung kostet 50.000 bis 200.000 EUR und dauert 6 bis 9 Monate.

Wenn thermische Belastung und Feuchtigkeitstests nicht nur die elektronischen Komponenten, sondern auch die sie versorgenden Zellen prüfen, sind spezielle Konfigurationen erforderlich: Für diese Anforderungen haben wir die Batterieprüfkammer, die für EUCAR- und UN 38.3-Tests an Zellen, Modulen und kompletten Akkupacks ausgelegt ist.