SIR绝缘电阻测试系统的制作方法

本发明涉及半导体印刷电路板技术领域，特别是指一种对各种绝缘材料的离子迁移特性进行评估的SIR绝缘电阻测试系统。

背景技术：

随着半导体材料和印刷电路板的快速发展，用于评估被测物的表面绝缘阻值的测试测量设备随之被发明，它是评估在经受腐蚀和与离子污染物相伴产生的一些作用，板组装件的潜在问题。这些故障可能由材料交互作用、不充分的过程控制或拙劣的材料性能引起。薄层电阻、传导性和电解污染物泄漏都是影响绝缘电阻的因素。基于绝缘电阻测试的方法，不同的被测对象都有所不同，在用电过程中就存在着用电安全问题,在电器设备中,例如电机、电缆、家用电器等。它们的正常运行之一就是其绝缘材料的绝缘程度即绝缘电阻的数值。当受热和受潮时,绝缘材料便老化。其绝缘电阻便降低。从而造成电器设备漏电或短路事故的发生。为了避免事故发生,就要求经常测量各种电器设备的绝缘电阻。判断其绝缘程度是否满足设备需要。普通电阻的测量通常有低电压下测量和高电压下测量两种方式。而绝缘电阻由于一般数值较高(一般为兆欧级)。在低电压下的测量值不能反映在高电压条件下工作的真正绝缘电阻值。在先期的测试测量技术中主要分为两代测量技术：

1、比较原始的使用兆欧表测量。

优点：使用操作简单，价钱便宜。

缺点：精度太低，电压与电阻的关系不能正确反应，更不能长时间大规模的测量及科学的分析。

兆欧表也叫绝缘电阻表。它是测量绝缘电阻最常用的仪表。它在测量绝缘电阻时本身就有高电压电源,这就是它与测电阻仪表的不同之处。兆欧表用于测量绝缘电阻即方便又可靠。但是如果使用不当,它将给测量带来不必要的误差,我们必须正确使用兆欧表绝缘电阻进行测量。测量量程也只有2MΩ-4000MΩ，指针表盘式的读数也使测量数据不能精确读出。

2、使用微弱电流测量仪表与电压源的结合。

优点：测量加载电压可精确控制，电流参数也能精确测量，相对于第一代测量技术已经能精确控制测量参数。

缺点：对操作使用人员有一定的基础，每次需要人工手动去测量并手动记录测试数据，劳动强度大，并且在测试过程在会有被高压电击的危险性。每次测量会受到操作人员的影响，测试数据达不到高精度，特别是大规模测试时变的非常不利。

在这样的测试中，因为使用了高精程控电压及微弱电流测量仪表，因此精度及数据的可信度大大增加，满足了部份用户的需求，也使高阻值的测试能力大大增加，可以从1MΩ-1TΩ，但还是无法满足日益增长的测试需求，优其在大规模测试中，测量的微弱信号极易受到干扰。其人员操作素质不同，操作方式不同，测出的数据也将会变的不同，其结果也将变的不可控。每次的测量时间及测量间隔会受到人为因素的干扰，不能进行24小时不间断测量，测试数据的统计全由人工进行。以上的诸多因素导致了测量的准确性下降，不利于实验结果的分析。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种确保测量精确度的SIR绝缘电阻测试系统。

为解决上述技术问题，本发明提供的SIR绝缘电阻测试系统，包括：控制箱；程控高压电源，所述程控高压电源与所述控制箱连接，用于向所述控制箱提供电源；工控计算机，所述工控计算机与所述程控高压电源连接，用于控制所述程控高压电源；程控开关，所述程控开关与所述控制箱连接，用于多个测试通道之间的切换；交换机，所述交换机分别连接所述控制箱、所述工控计算机及所述程控开关，用于提供信号通路；外挂盒，所述外挂盒与所述程控开关连接；环境试验箱，所述环境试验箱与所述工控计算机连接；电流表，所述电流表与所述控制箱连接，用于测量。

优选地，所述程控高压电源内包括多个电源模块。

优选地，所述电源模块包括：MCU，所述MCU连接数字模拟转换器；误差放大器，所述误差放大器的正相输入端通过电阻R1与所述数字模拟转换器连接；电阻R3，所述电阻R3的一端与所述误差放大器的反相输入端连接；电阻R4，所述电阻R4的一端与电阻R3的另一端连接；电阻R6，所述电阻R6的一端连接在所述电阻R3和所述电阻R4之间，所述电阻R6的另一端接地；场效应管，所述场效应管的栅极通过电阻R2与所述误差放大器的输出端连接，所述场效应管的漏极与电源连接，所述场效应管的源极与所述电阻R4的另一端连接；电阻R5，所述电阻R5的一端连接在所述电阻R4与所述场效应管的源极之间。

优选地，所述电源的电压为0V～500V。

优选地，所述程控开关包括：程控控制器；电平转换电路及串行数据总线驱动电路，所述电平转换电路及所述串行数据总线驱动电路依次与所述程控控制器连接；串行数据解析电路，所述串行数据解析电路与所述串行数据总线驱动电路连接；程控继电器驱动电路，所述程控继电器驱动电路与所述串行数据解析电路连接；程控继电器开关卡，所述程控继电器开关卡与所述程控继电器驱动电路连接。

优选地，所述串行数据解析电路的数量为多个。

优选地，所述程控控制器采用ARM9控制器。

优选地，在所述程控开关内还设有切换电路，所述切换电路由开关K1、开关K2和开关K3组成；其中所述开关K1的两端分别连接测试产品及所述程控高压电源；所述开关K2的一端连接在所述测试产品与所述开关K1之间；所述开关K3的一端连接在所述程控高压电源与所述开关K1之间；所述开关K2的另一端与所述开关K3的另一端之间连接所述电流表。

优选地，所述控制箱内设置控制电路，所述控制电路包括：核心控制器；信号控制电路，所述信号控制电路与所述核心控制器连接；核心继电器驱动电路，所述核心继电器驱动电路与所述信号控制电路连接；电源翻转电路，所述电源翻转电路与所述核心继电器驱动电路连接；控制卡，所述控制卡与所述核心继电器驱动电路连接，所述程控开关与所述控制卡连接；电流表接入控制电路，所述电流表接入控制电路与所述控制卡连接，所述电流表与所述电流表接入控制电路连接。

优选地，所述核心控制器采用ARM9控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)简化重复的测试流程，在上两代的测试技术中，所有的测试数据都是有人为测试并记录数据，劳动强度大，操作复杂。没有一定专业能力的人是不能很好掌握测试要领，给最终的测量结果带来不可预知的错误和不确定性。当需要转换测试条件时依靠人工的方法去更改，时间与参数不能很好的控制，都需要人工去调节并重新设定。如果按测试工况条件去运行测试程序时，因人不能24小时工作，因此晚上不能测量数据，这给研究分析数据带来了不便。现有技术中通过工控电脑去控制每一步的操作，只需要软件上编辑好运行测试条件就可以实现精确的时间测量与测试条件的转换。可以24小时不间断测量所需的数据，并可在测试工况中加入环境实验箱的控制，控制外部环境实验箱实现同一个实验在不同环境下的不同性能测试，给研究工作带来前所未有的便捷。

2)避免人工测量的误差，由于使用了全自动运行与测量技术，将使每一次的测量数据变的一致性非常好，也不用担心人员素质造成的不可预知的错误。每一次的测量都会是经过软件特殊算法处理后的数据，大大增加了数据的准确性与可信度，使您的每一次测试都自信满满。自动化的运行可以使测试现场可以没有人员走动，更减少了干扰源，测试精度与一致性达到前所未有的高度。

3)更先进的数据分析，软件自带的数据分析软件，将能分析样品每一次失效的时间，记录你的每一次迁移，即使你不在测试现场也不用担心样品参数细小的变化会遗漏。数据统计功能将使您可以统计本个批次样品的整体性能，方便您对测试样品的评估。数据图形化的处理将使您可以看到随时间的延长，样品的绝缘性能变化趋势，您可以单独查看，并做您想要的数据筛选。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明SIR绝缘电阻测试系统测试原理图；

图2为本发明SIR绝缘电阻测试系统电气原理图；

图3为本发明SIR绝缘电阻测试系统切换电路原理图；

图4为本发明SIR绝缘电阻测试系统电源模块原理图；

图5为本发明SIR绝缘电阻测试系统程控开关原理图；

图6为本发明SIR绝缘电阻测试系统控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

随着业务量的增加以及测试要求的不断提高，离子迁移评估及绝缘评估愈发重要。仅仅依靠人工测试，已不能满足当今细微化和高密度电子设备的测试需求，如何在现有的测试要求基础上开发新的表面绝缘电阻测试系统，快速准确地完成表面绝缘电阻的自动化测试，已成为进一步提高服务质量、发展业务必须解决的问题。

立足于实现多通道的表面绝缘电阻自动化测试，通过多通道连续测定，高精度地测出绝缘电阻和电流的变化。并提供丰富的测试功能，目的是实现对多通道表面绝缘电阻自动测试，能够高精度、高效率地连续进行测试和评估，实现环境试验与测试、评估的融合；最终达到节约成本、缩短测试时间、提高测试精度的目的。

基于以上两代测试方法中的不足，以及解决急需的五个技术问题：①、大规模多通道测试需求；②、长时间周期及固定时间测量；③、外部环境实验箱体的环境自动运行；④、强大的数据分析及处理；⑤、测试异常时的处理。等都是实现高效测量需要解决的难题。要实现现化代的测试测量方法，需要一套系统性的解决问题的方法。

绝缘电阻值：加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。表面绝缘电阻(SIR)：被绝缘材料分开的电导体之间的电阻。其测试原理，如图1所示，Rx为被测电阻，A为电流表，V为电压表，R1为电路限流电阻。由欧姆定律可知：Rx＝U/I。

在IPC的标准中对所有测试回路中必须要有1MΩ的串接电阻，R1即为1MΩ的串接电阻，我们知道所有的电压表都是有内阻的，且最大都在10MΩ，当测量的为高阻值的样品时，Rx与V组成一个分流电阻，将等效串联在R1后的电阻降低。等效后的电阻：R＝Rx//Rv，Rv为电压表的内阻。

当测试的样品电阻在1*10¹²Ω时，加载5V测试电压，则相应的电流应为5pA(1A＝1*10^-12pA)，这是一个非常小的电流，如果一个人从没有屏蔽保护测试仪器边上走过，都能让仪表超出量程。如此微小的信号如何能快速准确的测量，在这个256通道的大规模测试设备上实现将变的非常困难，任何一个不当的设计都将失败。

为了避免出现上述的问题，如图2所示，本发明提供的SIR绝缘电阻测试系统，包括：控制箱，程控高压电源与控制箱连接，用于向控制箱提供电源，工控计算机与程控高压电源连接，用于控制程控高压电源，程控开关与控制箱连接，用于多个测试通道之间的切换，交换机分别连接控制箱、工控计算机及程控开关，用于提供信号通路，电流表与控制箱连接，用于测量，外挂盒与程控开关连接，环境试验箱与工控计算机连接。

如图3所示，切换电路由开关K1、开关K2和开关K3组成；其中开关K1的两端分别连接测试产品及程控高压电源；开关K2的一端连接在测试产品与开关K1之间；开关K3的一端连接在程控高压电源与开关K1之间；开关K2的另一端与开关K3的另一端之间连接电流表。

系统工作时序为：闭合K1继电器，通过程控电源加载测试电压，达到设定时间开始测试，闭合K2和K3并延时，断开K1,电流经电流表回路不间断导通，通过软件读取电流值后，再次闭合K1并延时，断开K2和K3，完成一整个测试通道的测量。

四通道程控高压电源采用RS485程控接口，内置4个电源模块，可以单独设定通道输出电压，并回读输出的电压值。内部采用线性电压与功率晶体管降压的方式控制电压，因此具有极低的噪声，对于高精度测量来说是不可缺少的。0-500V的输出电压可以满足当前测试的所有需求。如图4所示，电源模块包括：MCU，MCU连接数字模拟转换器，误差放大器的正相输入端通过电阻R1与数字模拟转换器连接，电阻R3的一端与误差放大器的反相输入端连接，电阻R4的一端与电阻R3的另一端连接，电阻R6的一端连接在电阻R3和电阻R4之间，电阻R6的另一端接地，场效应管的栅极通过电阻R2与误差放大器的输出端连接，场效应管的漏极与电源连接，场效应管的源极与电阻R4的另一端连接，电阻R5的一端连接在电阻R4与场效应管的源极之间。通过控制器控制DAC输出基准电压，并经过误差放大器控制功率管的输出，R4与R6组成分压电路，经R3反馈送回误差放大器，并最终稳定输出电压。

在大规模的测试应用中，通过程控开关去实现多通道的切换测量，可使整机效率提升，并节约电流表等昂贵设备的费用，以实现使用2台电流表测量256通道的能力。使用ARM9核心控制器通过LAN接口通信，让设备的拓扑变的更加简单。如图5所示，程控开关包括：程控控制器，电平转换电路及串行数据总线驱动电路依次与程控控制器连接，串行数据解析电路与串行数据总线驱动电路连接，程控继电器驱动电路与串行数据解析电路连接，程控继电器开关卡与程控继电器驱动电路连接。每个程控开关共有256个开关通道，组成128个测试通道，分为8组每组16通道。使用2台程控开关可实现256通道的测量能力。

程控开关实现16个通道的切换与选通，后续的测试通道选择与电流表的接入测量选择由控制箱来进行控制，并可选择与配置测试通道的电压分组。在测试时可配置：1台6514作为主测量电流表；2台6514作为主测量电流表；1台6514作为主测量电流表，1台6485作为巡检电流表。如图6所示，控制箱内设置控制电路，控制电路包括：核心控制器，信号控制电路与核心控制器连接，核心继电器驱动电路与信号控制电路连接，电源翻转电路与核心继电器驱动电路连接，核心继电器驱动电路与核心继电器驱动电路连接，程控开关与控制卡连接，电流表接入控制电路与控制卡连接，电流表与电流表接入控制电路连接。电源翻转功能可实现加载电压的负向偏压，可实现-100至500V的测试电压加载，经程控开关的信号最终由控制箱接入测量电流表。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。