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環(huán)境試驗的基礎(chǔ)知識

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[ 2012-03-15 ]

環(huán)境試驗的基礎(chǔ)知識
一、溫度試驗：
　　電工電子產(chǎn)品在溫度應(yīng)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(jù)“10℃規(guī)則”，當(dāng)環(huán)境溫度上升10℃時，產(chǎn)品壽命會減少一半；當(dāng)環(huán)境溫度上升10℃時，產(chǎn)品壽命會減少到四分之一。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。還必須對早期失效的不合格的產(chǎn)品進(jìn)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(dǎo)體器件加速濕阻試驗

序　號	試驗項目	內(nèi)　　容	典型溫濕度條件
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(huán)境之中	60℃ 90%RH；85℃ 　85%RH
2	溫度-濕度偏壓試驗（THB）	同上+偏壓	同上
3	沸騰試驗	將試件浸沒于沸騰的液體中	100℃的去離子水
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
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
6	非濕潤飽和壓力試驗偏壓試驗	同上+偏壓	同上
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(jìn)行預(yù)處理一樣實施壓力蒸煮鍋試驗	121℃100%RH，　8h+85℃85%RH
8	溫度周期循環(huán)試驗 +壓力蒸煮鍋試驗	如同壓力蒸煮鍋試驗進(jìn)行預(yù)處理一樣實施溫度周期性循環(huán)試驗	125℃到-55℃ ，　5個循環(huán)+121℃ 　100%RH
9	系列試驗	系列試驗或由上面試驗結(jié)合機械試驗、熱阻試驗所組成的復(fù)合試驗	——

　　下述結(jié)論不僅適用于濕熱試驗同時也適用于其他環(huán)境試驗

	試驗數(shù)據(jù)兼容性	加速性	再現(xiàn)性
1、溫濕度儲存試驗	△	×	○
2、蒸煮試驗	×	△	△
3、壓力蒸煮試驗	×	○	△
4、溫濕度偏壓試驗	○	○	○
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?zāi)康拿鞔_，進(jìn)行與目的相符的試驗。積累每一次的失效數(shù)據(jù)，為以后的試驗?zāi)苡行У剡M(jìn)行。
　　2、關(guān)心測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，濕球紗布變質(zhì)變贓會導(dǎo)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(jìn)行溫度-濕度偏壓試驗（THB）時，因試件內(nèi)部發(fā)熱，試樣表面附近的相對濕度會降低，影響試驗的
　　　準(zhǔn)確性。試驗方式可調(diào)整為：通電1小時斷電3小時，斷續(xù)電試驗。
　　4、試驗箱內(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(jié)的水珠出現(xiàn)，使試驗數(shù)據(jù)發(fā)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(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：
　　航空器起飛或降落時，機載外部器材會出現(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(gòu)成，由熱膨脹系數(shù)不同引起的故障時有發(fā)生。為此，對產(chǎn)品進(jìn)行高低溫溫度沖擊試驗，在較短時間內(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，高低溫溫度沖擊試驗經(jīng)常作為篩選試驗形式對出廠前的產(chǎn)品進(jìn)行100%的檢查。在日本，高低溫溫度沖擊試驗則作為加速可靠性試驗的一種形式廣泛用于產(chǎn)品的開發(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環(huán)境中。在早期，就將不良品篩選出去。保證后面的工作順利進(jìn)行。

　　高低溫溫度沖擊試驗與溫度循環(huán)試驗的區(qū)別：

	高低溫溫度沖擊試驗	溫度循環(huán)試驗
溫度變化速率	急劇	緩慢，1～5℃/min
循環(huán)次數(shù)	5～10個循環(huán)（多至100個循環(huán)）	5～10個循環(huán)（多至1000個循環(huán)）
熱平衡	正好到達(dá)	到達(dá)
試驗時間	短	長
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。	1、通過長期試驗發(fā)現(xiàn)腐蝕傾向；　2、長時間多次循環(huán)，觀察應(yīng)力疲勞現(xiàn)象；　3、調(diào)查分析市場失效的相關(guān)性。
使用設(shè)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(fù)時間：溫度恢復(fù)時間相當(dāng)于轉(zhuǎn)換時間，它是指樣品從一個極限溫度轉(zhuǎn)移到另一個極限溫度所經(jīng)歷的時間。由于氣槽式高低溫溫度沖擊試驗箱通過切換風(fēng)門改變試驗工作區(qū)的暴露環(huán)境，所以采用了恢復(fù)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。

試驗樣品	試驗條件	試驗?zāi)康?/span>
環(huán)氧樹脂電路板	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）	加速試驗極限試驗
IC半導(dǎo)體	-55℃←→+125℃（各30分鐘，100次循環(huán)，20℃/分）	特性評估試驗
光　　纜	-45℃←→+80℃（各60分鐘，200次循環(huán)，10℃/分）	材料特性試驗
連接器	-30℃←→+80℃（各15分鐘，100次循環(huán)，20℃/分）	壽命試驗
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(huán)，5分鐘恢復(fù)24℃ /分）	開發(fā)篩選
汽車音響	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）	特性評估生產(chǎn)ESS
樹脂成型品	-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箱（氣槽式）的注意事項：
　　選擇時不僅要考慮設(shè)備的可靠性、穩(wěn)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(qū)，具有外部信號連接功能；兩箱法采用提籃移動改變暴露環(huán)境，不作通電測試。
　　3、試驗箱執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是什么？是否采用液態(tài)二氧化碳、液氮來輔助冷卻？
　　總之，高低溫溫度沖擊試驗是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗中比較難的試驗。要認(rèn)真分析產(chǎn)品失敗的原因，以確定合適的試驗條件。