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環境試驗的基礎知識
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- [ 2012-03-15 ]
一、溫度試驗：
電工電子產品在溫度應力的作用下會造成塑料、樹脂的老化、分解、變形、甚至燃燒；金屬短路、斷路、損壞；焊劑流動、焊接不實形成噪聲。根據“10℃規則”，當環境溫度上升10℃時，產品壽命會減少一半；當環境溫度上升10℃時，產品壽命會減少到四分之一。根據這一現象，我們可以升高環境溫度，加速失效現象的發生。這就是我們進行的加速壽命老化試驗。還必須對早期失效的不合格的產品進行篩選測試。
二、濕熱試驗：
試驗樣品在高溫高濕條件下，會造成水氣吸附和擴散。許多材料吸濕后體積膨脹、強度降低、電性能下降、金屬腐蝕、離子遷移、造成開路或短路。
典型的半導體器件加速濕阻試驗
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序 號 |
試驗項目 |
內 容 |
典型溫濕度條件 |
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1 |
溫度-濕度存儲試驗 |
將器件放在恒定的溫度和相對濕度
小于100%的環境之中 |
60℃ 90%RH；85℃
85%RH |
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2 |
溫度-濕度偏壓試驗
（THB） |
同上+偏壓 |
同上 |
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3 |
沸騰試驗 |
將試件浸沒于沸騰的液體中 |
100℃的去離子水 |
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4 |
壓力蒸煮鍋試驗 |
暴露于超過1大氣壓的濕潤蒸氣壓中 |
121℃100%RH |
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5 |
非濕潤飽和壓力試驗 |
暴露于超過1大氣壓的非濕潤蒸氣壓中 |
121℃85%RH |
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6 |
非濕潤飽和壓力試驗偏壓試驗 |
同上+偏壓 |
同上 |
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7 |
壓力蒸煮鍋試驗+
溫度-濕度偏壓試驗 |
如同溫度-濕度偏壓試驗進行預處理
一樣實施壓力蒸煮鍋試驗 |
121℃100%RH，
8h+85℃85%RH |
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8 |
溫度周期循環試驗
+壓力蒸煮鍋試驗 |
如同壓力蒸煮鍋試驗進行預處理
一樣實施溫度周期性循環試驗 |
125℃到-55℃ ，
5個循環+121℃
100%RH |
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9 |
系列試驗 |
系列試驗或由上面試驗結合
機械試驗、
熱阻試驗所組成的復合試驗 |
—— |
下述結論不僅適用于濕熱試驗同時也適用于其他環境試驗
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試驗數據兼容性 |
加速性 |
再現性 |
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1、溫濕度儲存試驗 |
△ |
× |
○ |
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2、蒸煮試驗 |
× |
△ |
△ |
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3、壓力蒸煮試驗 |
× |
○ |
△ |
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4、溫濕度偏壓試驗 |
○ |
○ |
○ |
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5、非濕潤飽和壓力試驗 |
○ |
◎ |
○ |
注：◎很好○好△一般×不完全
濕熱試驗的注意事項：
1、試驗目的明確，進行與目的相符的試驗。積累每一次的失效數據，為以后的試驗能有效地進行。
2、關心測試數據的準確性，濕球紗布變質變贓會導致測量精度偏差5%～10%：要使用脫脂的干凈紗布和蒸
餾水。
3、在進行溫度-濕度偏壓試驗（THB）時，因試件內部發熱，試樣表面附近的相對濕度會降低，影響試驗的
準確性。試驗方式可調整為：通電1小時斷電3小時，斷續電試驗。
4、試驗箱內的溫濕度條件應與試樣內部的溫濕度條件保持一致，且均勻度要好。在高濕度試驗中，如果某一
點的溫度低1℃ ，這一點的濕度就可能變成100%RH，就會有凝結的水珠出現，使試驗數據發生很大變
化。
5、防止試驗箱頂部凝露水滴到度樣上，造成不必要的損失。
6、在壓力蒸煮鍋試驗結束后，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：
航空器起飛或降落時，機載外部器材會出現溫度的急劇變化；設備從高溫區移到低溫區或從低溫區移到高溫區；設備通電與斷電；采用錫焊焊接；整機小型化，元件密集，元器件更容易受熱，等等。都會引起高低溫溫度的沖擊。元器件都是由不同材料構成，由熱膨脹系數不同引起的故障時有發生。為此，對產品進行高低溫溫度沖擊試驗，在較短時間內確認產品特性的變化，發現在常溫狀態下難以發現的潛在故障，是提高產品可靠性的有力措施。
在美國，高低溫溫度沖擊試驗經常作為篩選試驗形式對出廠前的產品進行100%的檢查。在日本，高低溫溫度沖擊試驗則作為加速可靠性試驗的一種形式廣泛用于產品的開發階段。將元器件暴露于迅速交替的超高溫和超低溫的試驗環境中。在早期，就將不良品篩選出去。保證后面的工作順利進行。
高低溫溫度沖擊試驗與溫度循環試驗的區別：
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高低溫溫度沖擊試驗 |
溫度循環試驗 |
溫度變化
速率 |
急劇 |
緩慢，1～5℃/min |
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循環次數 |
5～10個循環（多至100個循環） |
5～10個循環（多至1000個循環） |
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熱 平 衡 |
正好到達 |
到達 |
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試驗時間 |
短 |
長 |
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用 途 |
1、膨脹系數不同引起的連接部位剝離；
2、膨脹系數不同龜裂后水分進入；
3、水分滲入導致腐蝕及短路現象發生的
加速試驗。 |
1、通過長期試驗發現腐蝕傾向；
2、長時間多次循環，觀察應力疲勞現象；
3、調查分析市場失效的相關性。 |
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使用設備 |
冷熱沖擊試驗箱 |
交變濕熱試驗箱 |
兩箱法和三箱法的溫度恢復時間：溫度恢復時間相當于轉換時間，它是指樣品從一個極限溫度轉移到另一個極限溫度所經歷的時間。由于氣槽式高低溫溫度沖擊試驗箱通過切換風門改變試驗工作區的暴露環境，所以采用了恢復時間這個說法。
高低溫溫度沖擊試驗條件與用途：高低溫溫度沖擊試驗使用范圍十分廣泛，這里列出具有代表性的試驗條件供參考。
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試驗樣品 |
試驗條件 |
試驗目的 |
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環氧樹脂電路板 |
1、-30℃←→+80℃（各30分鐘，1000次循環，22℃/分）
2、-60℃←→+100℃（各30分鐘，1000次循環，10℃/分） |
加速試驗
極限試驗 |
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IC半導體 |
-55℃←→+125℃（各30分鐘，100次循環，20℃/分） |
特性評估試驗 |
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光 纜 |
-45℃←→+80℃（各60分鐘，200次循環，10℃/分） |
材料特性試驗 |
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連 接 器 |
-30℃←→+80℃（各15分鐘，100次循環，20℃/分） |
壽命試驗 |
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汽車電器 |
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，5分鐘恢復24℃ /分） |
開發篩選 |
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汽車音響 |
1、-40℃←→+80℃（各30分鐘，500次循環，10℃/分，通電）
2、-20℃←→+80℃（各30分鐘，5次循環，10℃ /分） |
特性評估
生產ESS |
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樹脂成型品 |
-30℃←→+80℃（各30分鐘，300次循環，20℃/分） |
品質確認 |
選擇高低溫溫度沖擊試驗箱（氣槽式）的注意事項：
選擇時不僅要考慮設備的可靠性、穩定性和操作性，同時還要考慮以下因素：
1、溫度均勻性好；且傳感器所檢測的溫度能真實反映試樣所處的溫度。
2、三箱法具有固定的樣品試驗區，具有外部信號連接功能；兩箱法采用提籃移動改變暴露環境，不作通電測試。
3、試驗箱執行的標準是什么？是否采用液態二氧化碳、液氮來輔助冷卻？
總之，高低溫溫度沖擊試驗是標準環境試驗中比較難的試驗。要認真分析產品失敗的原因，以確定合適的試驗條件。
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