Электротермотренировка СВЧ-устройств (Burn-In Testing): увеличение надежности продукции за счет исключения потенциально негодных изделий

Введение

При производстве устройств электроники важную роль играет их надежность и соответствие заявленным 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 неспособны 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.

Кривая зависимости вероятности отказа устройства от продолжительности его работы

На рисунке выше 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, приводит 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 учитывать, 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 °С 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 являются 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.

Почему оборудование AnaPico является наиболее оптимальным решением?

Непосредственно для решения этих задач у швейцарской компании AnaPico имеются:

• Многоканальные аналоговые генераторы сигналов в форм-факторе для 19-ти дюймовой стойки высотой 1U и 2U соответственно, из серий MCSG-ULN/RFLC/RFS40, RFSYN20.

Генератор сигналов высокочастотный из серии AnaPico MCSG-ULN

Многоканальные векторные генераторы сигналов в форм-факторе для 19-ти дюймовой стойки высотой 1U и 2U соответственно, из серии RFVSG-X.

Векторный генератор сигналов из серии AnaPico RFVSG-X

Особенностью многоканальных генераторов AnaPico является полностью независимые каналы: частота, мощность и модуляция каждого канала могут устанавливаться независимо от параметров другого канала. Кроме того, выходы генератора являются фазово-когерентными, что позволяет задавать отстройку по фазе между отдельными выходами. Благодаря высокому уровню выходной мощности генератора (до +20 дБм), усилитель сигналов может быть исключен из описанной выше схемы тестирования. Количество каналов генератора масштабируется под конкретную задачу кратно количеству каналов в одном модуле.  Кроме того, генератор имеет возможность быстрой перестройки частоты (до 25 мкс), а также наличие режимов развертки по частоте, мощности и фазе.

Различные типы модуляций (AM, FM, ?M 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 удобным.

Заключение

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 испытательной системы без увеличения её общей стоимости.