環(huán)境試驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)
一、溫度試驗(yàn)：
電工電子產(chǎn)品在溫度應(yīng)力的作用下會(huì)造成塑料、樹(shù)脂的老化、分解、變形、甚至燃燒；金屬短路、斷路、損壞；焊劑流動(dòng)、焊接不實(shí)形成噪聲。根據(jù)“10℃規(guī)則”，當(dāng)環(huán)境溫度上升10℃時(shí)，產(chǎn)品壽命會(huì)減少一半；當(dāng)環(huán)境溫度上升10℃時(shí)，產(chǎn)品壽命會(huì)減少到四分之一。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們可以升高環(huán)境溫度，加速失效現(xiàn)象的發(fā)生。這就是我們進(jìn)行的加速壽命老化試驗(yàn)。還必須對(duì)早期失效的不合格的產(chǎn)品進(jìn)行篩選測(cè)試。
二、濕熱試驗(yàn)：
試驗(yàn)樣品在高溫高濕條件下，會(huì)造成水氣吸附和擴(kuò)散。許多材料吸濕后體積膨脹、強(qiáng)度降低、電性能下降、金屬腐蝕、離子遷移、造成開(kāi)路或短路。
典型的半導(dǎo)體器件加速濕阻試驗(yàn)
序 號(hào) | 試驗(yàn)項(xiàng)目 | 內(nèi) 容 | 典型溫濕度條件 |
1 | 溫度-濕度存儲(chǔ)試驗(yàn) | 將器件放在恒定的溫度和相對(duì)濕度
小于100%的環(huán)境之中 | 60℃ 90%RH；85℃
85%RH |
2 | 溫度-濕度偏壓試驗(yàn)
（THB） | 同上+偏壓 | 同上 |
3 | 沸騰試驗(yàn) | 將試件浸沒(méi)于沸騰的液體中 | 100℃ 的去離子水 |
4 | 壓力蒸煮鍋試驗(yàn) | 暴露于超過(guò)1大氣壓的濕潤(rùn)蒸氣壓中 | 121℃ 100%RH |
5 | 非濕潤(rùn)飽和壓力試驗(yàn) | 暴露于超過(guò)1大氣壓的非濕潤(rùn)蒸氣壓中 | 121℃ 85%RH |
6 | 非濕潤(rùn)飽和壓力試驗(yàn)偏壓試驗(yàn) | 同上+偏壓 | 同上 |
7 | 壓力蒸煮鍋試驗(yàn)+
溫度-濕度偏壓試驗(yàn) | 如同溫度-濕度偏壓試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)處理
一樣實(shí)施壓力蒸煮鍋試驗(yàn) | 121℃ 100%RH，
8h+85℃ 85%RH |
8 | 溫度周期循環(huán)試驗(yàn)
+壓力蒸煮鍋試驗(yàn) | 如同壓力蒸煮鍋試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)處理
一樣實(shí)施溫度周期性循環(huán)試驗(yàn) | 125℃ 到-55℃ ，
5個(gè)循環(huán)+121℃
100%RH |
9 | 系列試驗(yàn) | 系列試驗(yàn)或由上面試驗(yàn)結(jié)合
機(jī)械試驗(yàn)、
熱阻試驗(yàn)所組成的復(fù)合試驗(yàn) | —— |
下述結(jié)論不僅適用于濕熱試驗(yàn)，同時(shí)也適用于其他環(huán)境試驗(yàn)
| 試驗(yàn)數(shù)據(jù)兼容性 | 加速性 | 再現(xiàn)性 |
1、溫濕度儲(chǔ)存試驗(yàn) | △ | × | ○ |
2、蒸煮試驗(yàn) | × | △ | △ |
3、壓力蒸煮試驗(yàn) | × | ○ | △ |
4、溫濕度偏壓試驗(yàn) | ○ | ○ | ○ |
5、非濕潤(rùn)飽和壓力試驗(yàn) | ○ | ◎ | ○ |
注：◎很好 ○好 △一般 ×不完全
濕熱試驗(yàn)的注意事項(xiàng)：
1、試驗(yàn)?zāi)康拿鞔_，進(jìn)行與目的相符的試驗(yàn)。積累每一次的失效數(shù)據(jù)，為以后的試驗(yàn)?zāi)苡行У剡M(jìn)行。
2、關(guān)心測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，濕球紗布變質(zhì)變贓會(huì)導(dǎo)致測(cè)量精度偏差5%～10%：要使用脫脂的干凈紗布和蒸餾水。
3、在進(jìn)行溫度-濕度偏壓試驗(yàn)（THB）時(shí)，因試件內(nèi)部發(fā)熱，試樣表面附近的相對(duì)濕度會(huì)降低，影響試驗(yàn)的
準(zhǔn)確性。試驗(yàn)方式可調(diào)整為：通電1小時(shí)斷電3小時(shí)，斷續(xù)電試驗(yàn)。
4、試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度條件應(yīng)與試樣內(nèi)部的溫濕度條件保持一致，且均勻度要好。在高濕度試驗(yàn)中，如果某一點(diǎn)的溫度低1℃，這一點(diǎn)的濕度就可能變成100%RH，就會(huì)有凝結(jié)的水珠出現(xiàn)，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生很大變化。
5、防止試驗(yàn)箱頂部凝露水滴到??樣上，造成不必要的損失。
6、在壓力蒸煮鍋試驗(yàn)結(jié)束后，要冷卻后再取出。防止試樣受到壓力沖擊和溫度沖擊，造成樣品破裂損壞。
三、高低溫溫度沖擊試驗(yàn)：
航空器起飛或降落時(shí)，機(jī)載外部器材會(huì)出現(xiàn)溫度的急劇變化；設(shè)備從高溫區(qū)移到低溫區(qū)或從低溫區(qū)移到高溫區(qū)；設(shè)備通電與斷電；采用錫焊焊接；整機(jī)小型化，元件密集，元器件更容易受熱，等等。都會(huì)引起高低溫溫度的沖擊。元器件都是由不同材料構(gòu)成，由熱膨脹系數(shù)不同引起的故障時(shí)有發(fā)生。為此，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行高低溫溫度沖擊試驗(yàn)，在較短時(shí)間內(nèi)確認(rèn)產(chǎn)品特性的變化，發(fā)現(xiàn)在常溫狀態(tài)下難以發(fā)現(xiàn)的潛在故障，是提高產(chǎn)品可靠性的有力措施。
在美國(guó)，高低溫溫度沖擊試驗(yàn)經(jīng)常作為篩選試驗(yàn)形式對(duì)出廠前的產(chǎn)品進(jìn)行100%的檢查。在日本，高低溫溫度沖擊試驗(yàn)則作為加速可靠性試驗(yàn)的一種形式廣泛用于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段。將元器件暴露于迅速交替的超高溫和超低溫的試驗(yàn)環(huán)境中。在早期，就將**品篩選出去。保證后面的工作順利進(jìn)行。
高低溫溫度沖擊試驗(yàn)與溫度循環(huán)試驗(yàn)的區(qū)別：
| 高低溫溫度沖擊試驗(yàn) | 溫度循環(huán)試驗(yàn) |
溫度變化
速率 | 急劇 | 緩慢，1～5℃ /min |
循環(huán)次數(shù) | 5～10個(gè)循環(huán)（多至100個(gè)循環(huán)） | 5～10個(gè)循環(huán)（多至1000個(gè)循環(huán)） |
熱 平 衡 | 正好到達(dá) | 到達(dá) |
試驗(yàn)時(shí)間 | 短 | 長(zhǎng) |
用 途 | 1、膨脹系數(shù)不同引起的連接部位剝離；
2、膨脹系數(shù)不同龜裂后水分進(jìn)入；
3、水分滲入導(dǎo)致腐蝕及短路現(xiàn)象發(fā)生的
加速試驗(yàn)。 | 1、通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腐蝕傾向；
2、長(zhǎng)時(shí)間多次循環(huán)，觀察應(yīng)力疲勞現(xiàn)象；
3、調(diào)查分析市場(chǎng)失效的相關(guān)性。 |
使用設(shè)備 | 冷熱沖擊試驗(yàn)箱 | 交變濕熱試驗(yàn)箱 |
兩箱法和三箱法的溫度恢復(fù)時(shí)間：溫度恢復(fù)時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)換時(shí)間，它是指樣品從一個(gè)極限溫度轉(zhuǎn)移到另一個(gè)極限溫度所經(jīng)歷的時(shí)間。由于氣槽式高低溫溫度沖擊試驗(yàn)箱通過(guò)切換風(fēng)門(mén)改變?cè)囼?yàn)工作區(qū)的暴露環(huán)境，所以采用了恢復(fù)時(shí)間這個(gè)說(shuō)法。
高低溫溫度沖擊試驗(yàn)條件與用途：高低溫溫度沖擊試驗(yàn)使用范圍十分廣泛，這里列出具有代表性的試驗(yàn)條件供參考。
試驗(yàn)樣品 | 試驗(yàn)條件 | 試驗(yàn)?zāi)康?/div> 環(huán)氧樹(shù)脂電路板 | 1、-30℃ ←→+80℃（各30分鐘，1000次循環(huán)，22℃ /分）
2、-60℃ ←→+100℃ （各30分鐘，1000次循環(huán)，10℃/分） | 加速試驗(yàn)
極限試驗(yàn) | IC半導(dǎo)體 | -55℃ ←→+125℃（各30分鐘，100次循環(huán)，20℃ /分） | 特性評(píng)估試驗(yàn) | 光 纜 | -45℃ ←→+80℃（各60分鐘，200次循環(huán)，10℃ /分） | 材料特性試驗(yàn) | 連 接 器 | -30℃ ←→+80℃（各15分鐘，100次循環(huán)，20℃ /分） | 壽命試驗(yàn) | 汽車(chē)電器 | 1、+80℃，60分鐘←室溫5分鐘→-40℃ ，60分鐘→室溫5分鐘
2、+80℃←→-40℃（各30分鐘，5次循環(huán)，5分鐘恢復(fù)24℃ /分） | 開(kāi)發(fā)篩選 | 汽車(chē)音響 | 1、-40℃ ←→+80℃（各30分鐘，500次循環(huán)，10℃ /分，通電）
2、-20℃ ←→+80℃ （各30分鐘，5次循環(huán)，10℃/分） | 特性評(píng)估
生產(chǎn)ESS | 樹(shù)脂成型品 | -30℃ ←→+80℃（各30分鐘，300次循環(huán)，20℃ /分） | 品質(zhì)確認(rèn) | |
選擇高低溫溫度沖擊試驗(yàn)箱（氣槽式）的注意事項(xiàng)：
選擇時(shí)不僅要考慮設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和操作性，同時(shí)還要考慮以下因素：
1、溫度均勻性好；且傳感器所檢測(cè)的溫度能真實(shí)反映試樣所處的溫度。
2、三箱法具有固定的樣品試驗(yàn)區(qū)，具有外部信號(hào)連接功能；兩箱法采用提籃移動(dòng)改變暴露環(huán)境，不作通電測(cè)試。
3、試驗(yàn)箱執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是什么？是否采用液態(tài)二氧化碳、液氮來(lái)輔助冷卻？
總之，高低溫溫度沖擊試驗(yàn)是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)中比較難的試驗(yàn)。要認(rèn)真分析產(chǎn)品失敗的原因，以確定合適的試驗(yàn)條件。