一、實驗目的

1. 評估遙控器半導體芯片在冷熱沖擊環境下的電氣性能穩定性，包括但不限于電阻、電容、電感等參數的變化，以及芯片內部電路的連通性和絕緣性能，確保在溫度條件下芯片的電氣功能正常，無短路、斷路等故障發生。

2. 檢測芯片在冷熱交替過程中的功能完整性，驗證其在不同溫度沖擊階段對遙控器各種控制指令的處理能力和響應準確性，保證芯片在溫度變化時仍能穩定地實現遙控器的基本功能，如按鍵信號的識別、編碼和發射等。

3. 考察芯片的結構可靠性，檢查在冷熱沖擊試驗后，芯片的封裝結構是否出現變形、開裂、脫層等問題，以及芯片與基板之間的焊接點是否牢固，評估芯片在溫度變化應力作用下的機械耐久性，確保其在實際使用中能夠經受住各種環境條件的考驗。

4. 分析遙控器半導體芯片在冷熱沖擊環境下的性能退化規律，通過對多次溫度沖擊循環后的芯片進行測試和評估，建立芯片性能與溫度沖擊次數之間的關系模型，為預測芯片的使用壽命和可靠性提供數據支持。

二、實驗設備與樣品準備

（一）實驗設備

1. 冷熱沖擊試驗箱

• 溫度范圍：能夠滿足實驗所需的低溫和高溫極限要求，例如 -55℃至 +125℃，可根據遙控器半導體芯片的實際工作環境和行業標準進行適當調整。溫度控制精度應在 ±2℃以內，以確保在實驗過程中能夠準確地模擬各種極端溫度條件，并且溫度的波動范圍不會對實驗結果產生顯著影響。

• 溫度轉換速率：具備較快的溫度轉換能力，可在短時間內實現從低溫到高溫或從高溫到低溫的快速切換，例如在 5℃/min 至 15℃/min 之間可調節。合適的溫度轉換速率能夠更真實地模擬遙控器半導體芯片在實際使用中可能遇到的快速溫度變化情況，從而更有效地檢測出芯片在溫度沖擊下的性能和可靠性問題。

• 工作室尺寸：根據遙控器半導體芯片的尺寸和數量，選擇合適的工作室容積，確保芯片能夠在試驗箱內合理放置，并留有足夠的空間進行溫濕度均勻分布和空氣循環，以保證整個測試過程中芯片各部分都能均勻地受到溫度沖擊。同時，試驗箱應配備先進的溫濕度傳感器和控制系統，能夠實時監測和精確控制箱內的溫濕度環境。

2. 半導體參數測試儀

• 用于測量遙控器半導體芯片在冷熱沖擊試驗前后的各種電氣參數，如直流電阻、交流電阻、電容值、電感值、二極管正向壓降、三極管放大倍數等。測試儀應具有較高的測量精度和穩定性，電阻測量精度應在 ±0.1Ω 以內，電容測量精度應在 ±0.1pF 以內，電感測量精度應在 ±0.1μH 以內，以確保能夠準確地檢測出電氣參數的微小變化。同時，測試儀應具備多種測量功能和量程選擇，能夠適應不同類型和規格的半導體芯片的測量需求。

3. 遙控器功能測試系統

• 由遙控器信號發射裝置、信號接收裝置和數據分析軟件組成，用于測試遙控器半導體芯片在不同溫度條件下對各種控制指令的發射和接收功能。發射裝置應能夠模擬遙控器的按鍵操作，產生各種標準的控制信號，并通過芯片進行編碼和發射。接收裝置應能夠準確接收芯片發射的信號，并將其傳輸到數據分析軟件進行處理和分析。數據分析軟件應能夠對接收的信號進行解碼和比對，判斷芯片對控制指令的處理是否正確，以及信號的強度、頻率等參數是否符合要求。同時，該系統應能夠記錄芯片的響應時間，即從按下遙控器按鍵到接收裝置接收到有效信號的時間間隔，以評估芯片在不同溫度下的工作速度和性能。

4. 顯微鏡或放大鏡（可選）

• 放大倍數：選擇具有適當放大倍數的顯微鏡或放大鏡，一般在 10 - 50 倍之間，用于觀察遙控器半導體芯片在冷熱沖擊試驗后的微觀結構變化。例如，觀察芯片的封裝表面是否出現裂紋、脫層、起泡等現象，芯片內部的引線和焊點是否有斷裂、松動等情況，以及芯片的芯片本體是否有損壞或異常跡象。這些微觀變化可能會影響芯片的性能和可靠性，但在肉眼觀察下可能不明顯，需要借助放大工具進行詳細檢查。

• 照明系統：配備良好的照明系統，以確保在觀察過程中能夠清晰地看到芯片的表面細節。照明方式可以是自然光或人工光源，如 LED 燈等，并且光照強度應可調節，以適應不同放大倍數和觀察需求。同時，照明系統應避免產生過多的熱量，以免對芯片造成額外的影響或干擾觀察結果。

• 圖像采集功能（可選）：如果顯微鏡或放大鏡具備圖像采集功能，如連接數碼相機或攝像頭，可以對觀察到的芯片表面微觀結構進行拍照記錄。這有助于更直觀地記錄和分析芯片在冷熱沖擊后的外觀變化情況，并且方便與其他實驗數據進行對比和存檔。在進行圖像采集時，應注意保持圖像的清晰度和準確性，選擇合適的拍攝角度和參數，以確保能夠真實反映芯片的表面狀態。

（二）樣品準備

1. 選擇具有代表性的遙控器半導體芯片樣品若干，確保樣品來自同一批次或生產工藝相近，以減少樣品之間的個體差異對實驗結果的影響。芯片應包括完整的封裝和引腳，并且在進行實驗前應經過初步的電氣性能檢測和功能驗證，確保芯片在初始狀態下是正常工作的。

2. 在進行實驗前，對遙控器半導體芯片樣品進行詳細的標識和記錄，包括芯片的型號、批次號、生產日期等信息。同時，為每個芯片樣品建立獨立的實驗檔案，記錄其在實驗過程中的各項測試數據和觀察結果。

3. 將遙控器半導體芯片樣品安裝在專門設計的測試夾具上，測試夾具應具備良好的電氣連接性能和散熱性能，能夠確保芯片在測試過程中與測試設備之間的穩定連接，并能夠有效地將芯片工作時產生的熱量散發出去，避免芯片因過熱而影響性能。測試夾具的設計應考慮到芯片的引腳排列和尺寸特點，以便于芯片的安裝和拆卸，同時還應保證在測試過程中不會對芯片造成額外的機械應力或損傷。

三、測試條件設定

（一）溫濕度組合

1. 低溫階段：溫度設定為 -40℃，相對濕度設定為 30% RH。此低溫環境模擬了遙控器半導體芯片在極寒條件下的工作情況，常用于評估芯片在低溫下的電氣性能、機械性能和功能穩定性。在低溫環境下，芯片內部的電子元器件的物理特性可能會發生變化，如半導體材料的載流子遷移率降低，導致芯片的電氣性能下降，可能會出現電阻值增大、電容值減小等情況。同時，低溫還可能會使芯片的封裝材料變脆，機械強度降低，從而影響芯片的結構可靠性。較低的相對濕度可以減少水汽在芯片表面凝結的可能性，降低因潮濕導致的電氣故障風險。

2. 高溫階段：溫度設定為 +85℃，相對濕度設定為 60% RH。該高溫環境模擬了芯片在炎熱環境或長時間高負荷運行時可能面臨的溫度條件，主要用于考察芯片在高溫下的散熱性能、電氣穩定性以及材料的耐熱性能。在高溫高濕環境下，芯片內部的電子元器件會產生更多的熱量，散熱難度增加，如果芯片的散熱設計不合理或散熱性能不足，可能會導致芯片溫度過高，從而影響芯片的性能和壽命。高濕度環境可能會使芯片的金屬部分生銹腐蝕，電子元器件受潮失效，同時也會對芯片的封裝材料產生一定的影響，如導致封裝材料膨脹、變形等，從而影響芯片的結構完整性和電氣性能。

3. 溫度沖擊循環次數：設定為 100 次循環。通過多次的冷熱溫度沖擊循環，可以更全面地模擬遙控器半導體芯片在實際使用過程中可能經歷的溫度變化情況，加速芯片的老化和潛在問題的暴露。較少的循環次數可能無法充分檢測出芯片在長期溫度變化應力作用下的可靠性問題，而過多的循環次數則會增加實驗時間和成本。綜合考慮，100 次循環既能在一定程度上反映芯片的實際使用情況，又能在合理的時間內完成實驗并獲取有價值的數據。

（二）測試時間

1. 每個溫度沖擊循環周期包括在低溫 -40℃下保持 30 分鐘，然后在高溫 +85℃下保持 30 分鐘，溫度轉換時間設定為 5 分鐘（從低溫到高溫或從高溫到低溫的切換時間）。這樣的時間設置是為了確保遙控器半導體芯片在每個溫度階段都有足夠的時間達到溫度平衡，使芯片的各個部分充分受到溫度的影響，從而更準確地評估溫度變化對芯片性能的影響。同時，合理的溫度轉換時間可以模擬實際使用中較為快速的溫度變化情況，而又不會對芯片造成過大的熱沖擊損傷。

2. 在整個測試過程中，持續時間總計為 100 次循環 ×（30 分鐘（低溫）+ 30 分鐘（高溫）+ 5 分鐘（轉換時間））≈120 小時。在測試過程中，需要對芯片進行實時監測和定期的數據采集，以記錄芯片在不同溫度階段和循環次數下的性能變化情況。

四、實驗步驟

（一）初始性能測試

1. 在將遙控器半導體芯片樣品放入冷熱沖擊試驗箱之前，在常溫常濕環境下（實驗室環境溫度約為 25℃，濕度約為 50% RH）對芯片進行全面的初始性能測試。

• 使用肉眼或放大鏡對遙控器半導體芯片的外觀進行仔細檢查，觀察芯片的封裝是否完好，有無裂縫、氣泡、變形等缺陷。檢查芯片的引腳是否整齊、無彎曲、無氧化現象，引腳與封裝體之間的連接是否牢固。同時，觀察芯片的表面是否有污漬、劃傷等異常情況，如有必要，可以使用顯微鏡或放大鏡進行更詳細的檢查。對芯片的外觀進行拍照記錄，作為初始狀態的參考。

• 將芯片安裝在遙控器功能測試系統的測試夾具上，連接好電源和信號線。通過遙控器信號發射裝置模擬遙控器的各種按鍵操作，發送不同的控制指令，觀察芯片對這些指令的處理和響應情況。使用遙控器功能測試系統的數據分析軟件記錄芯片的發射信號頻率、幅度、編碼格式等參數，并與標準的遙控器信號參數進行對比，確保芯片能夠正確地對按鍵信號進行識別、編碼和發射。同時，測量芯片的響應時間，即從按下遙控器按鍵到芯片發射出有效信號的時間間隔，記錄響應時間的數值，并評估其是否在合理的范圍內。

• 使用半導體參數測試儀測量遙控器半導體芯片的各項電氣參數，如直流電阻、電容值、電感值、二極管正向壓降、三極管放大倍數等，并記錄測量值。同時，對芯片進行絕緣電阻測試，使用絕緣電阻測試儀在芯片的引腳與外殼之間施加一定的電壓，測量其絕緣電阻值，確保芯片的絕緣性能符合要求。檢查芯片內部電路的連通性，使用萬用表或其他測試設備對芯片的各個引腳之間進行導通測試，確保芯片內部電路沒有斷路或短路等問題。

• 電氣性能測試

• 功能測試

• 外觀檢查

（二）冷熱沖擊試驗

1. 將準備好的遙控器半導體芯片樣品放入冷熱沖擊試驗箱的工作室中，確保芯片放置平穩，且與試驗箱內的溫度傳感器和空氣循環系統保持適當的距離，以保證芯片能夠均勻地受到溫度沖擊。連接好芯片與測試設備之間的信號線和電源線，使芯片在試驗過程中能夠處于通電工作狀態，但應注意線路的布置要合理，避免因溫度變化導致線路損壞或影響實驗結果。

2. 設置冷熱沖擊試驗箱的溫度和濕度參數，按照預定的溫濕度組合（低溫 -40℃，相對濕度 30% RH；高溫 +85℃，相對濕度 60% RH）和溫度沖擊循環次數（100 次）進行試驗。啟動試驗箱，開始進行冷熱沖擊試驗。

3. 在試驗過程中，按照以下時間節點和操作步驟進行監測和數據采集：

• 在完成一次低溫 - 高溫溫度沖擊循環后，記錄循環次數。然后按照上述步驟重復進行下一次循環，直到達到預定的 100 次循環次數為止。在整個試驗過程中，要確保試驗箱的溫濕度控制精度和溫度轉換速率始終符合設定要求，如有偏差應及時調整或檢查設備故障原因。同時，要定期對測試設備進行校準和檢查，以保證實驗數據的準確性和可靠性。

• 當試驗箱溫度達到 +85℃并穩定后，繼續保持芯片在高溫環境下運行 30 分鐘。在這期間，按照低溫階段的監測頻率和方法，對芯片的電氣性能、功能和外觀進行再次監測和數據采集。點關注芯片在高溫下的散熱情況，觀察芯片的溫度是否過高，以及散熱措施是否有效。同時，檢查芯片在高溫高濕環境下是否出現電氣性能退化、功能異常等問題，如芯片的電阻值是否變化過大、電容值是否超出允許范圍、芯片對控制指令的響應是否錯誤或延遲等。記錄芯片在高溫階段的各項測試數據和觀察結果，與低溫階段的數據進行對比分析。

• 在低溫保持 30 分鐘結束后，設定試驗箱以 5 分鐘的時間從 -40℃快速升溫到 +85℃。在溫度轉換過程中，密切觀察芯片的狀態變化，注意是否有因溫度快速變化而導致的芯片損壞或異常現象發生。例如，觀察芯片的封裝是否出現開裂、引腳是否有松動等情況，以及芯片的電氣參數是否有突然的變化。同時，記錄溫度轉換過程中芯片的實時溫度和電氣參數變化情況，以便后續分析。

• 當試驗箱溫度達到 -40℃并穩定后，開始計時，保持芯片在低溫環境下運行 30 分鐘。在這期間，每隔 10 分鐘使用半導體參數測試儀對芯片的關鍵電氣參數（如電阻、電容等）進行一次測量，觀察其在低溫下的變化情況。同時，通過遙控器功能測試系統發送一些簡單的控制指令，觀察芯片在低溫下的功能響應是否正常，記錄芯片的響應時間和發射信號的參數。注意觀察芯片在低溫環境下是否有異常現象發生，如芯片表面是否出現結霜、封裝材料是否有變形等情況，如有異常應及時記錄并分析原因。

• 低溫階段

• 溫度轉換階段

• 高溫階段

• 循環次數記錄

（三）性能測試

1. 在完成 100 次冷熱沖擊循環試驗后，將遙控器半導體芯片從冷熱沖擊試驗箱中取出，放置在常溫常濕環境下（實驗室環境溫度約為 25℃，濕度約為 50% RH）恢復一段時間（通常為 2 小時以上），使其溫度和性能狀態穩定到接近初始測試條件。

2. 對芯片進行全面的性能測試，測試項目和方法與初始性能測試相同。

• 使用肉眼或放大鏡對芯片的外觀進行再次仔細檢查，與初始外觀照片進行對比，觀察芯片在冷熱沖擊試驗后是否出現了新的外觀缺陷，如封裝表面的裂縫是否擴大、是否有新的氣泡產生、引腳是否有脫落或變形等情況。如果發現有外觀異常變化，應使用顯微鏡或放大鏡進行進一步的觀察和分析，確定缺陷的類型和程度，并記錄相關情況。

• 將芯片重新安裝在遙控器功能測試系統上，進行功能測試。通過遙控器信號發射裝置發送各種控制指令，觀察芯片對指令的識別、編碼和發射功能是否正常，與初始測試時的功能進行對比。測量芯片的響應時間，看是否有明顯的增加或變化。檢查芯片發射的信號參數，如頻率、幅度、編碼格式等是否與標準參數相符，分析芯片在功能方面是否出現了退化或異常情況。

• 使用半導體參數測試儀再次測量芯片的各項電氣參數，如電阻、電容、電感、二極管正向壓降、三極管放大倍數等，并與初始測試數據進行對比分析，計算參數變化率。觀察芯片的電氣參數是否發生了明顯的變化，如電阻值是否超出了正常范圍、電容值是否有較大的偏差等。同時，再次進行絕緣電阻測試，檢查芯片的絕緣性能是否受到影響。對芯片內部電路的連通性進行復查，確保在冷熱沖擊試驗后芯片內部沒有出現斷路或短路等問題。

• 電氣性能測試

• 功能測試

• 外觀檢查

（四）數據記錄與分析

1. 在每次測試過程中，及時將實驗數據記錄到實驗數據表中。數據記錄應包括芯片編號、測試時間、溫度、濕度、電氣參數測量值、功能測試結果、外觀檢查描述等信息，確保數據的完整性和準確性。

2. 對實驗數據進行分析，分析芯片的電氣性能參數變化與溫度沖擊次數之間的關系。通過繪制電氣參數隨溫度沖擊循環次數的變化曲線，觀察參數的變化趨勢，判斷芯片的電氣性能是否穩定。例如，如果發現電阻值隨著循環次數的增加而逐漸增大，可能表明芯片內部的金屬連線或半導體材料在溫度應力作用下發生了老化或損壞。

標簽：兩箱式冷熱沖擊試驗箱三箱式冷熱沖擊試驗箱高低溫冷熱沖擊試驗箱