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环境试验的基础知识
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- [ 2012-03-15 ]
一、温度试验：
电工电子产品在温度应力的作用下会造成塑料、树脂的老化、分解、变形、甚至燃烧；金属短路、断路、损坏；焊剂流动、焊接不实形成噪声。根据“10℃规则”，当环境温度上升10℃时，产品寿命会减少一半；当环境温度上升10℃时，产品寿命会减少到四分之一。根据这一现象，我们可以升高环境温度，加速失效现象的发生。这就是我们进行的加速寿命老化试验。还必须对早期失效的不合格的产品进行筛选测试。
二、湿热试验：
试验样品在高温高湿条件下，会造成水气吸附和扩散。许多材料吸湿后体积膨胀、强度降低、电性能下降、金属腐蚀、离子迁移、造成开路或短路。
典型的半导体器件加速湿阻试验
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序 号 |
试验项目 |
内 容 |
典型温湿度条件 |
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1 |
温度-湿度存储试验 |
将器件放在恒定的温度和相对湿度
小于100%的环境之中 |
60℃ 90%RH；85℃
85%RH |
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2 |
温度-湿度偏压试验
（THB） |
同上+偏压 |
同上 |
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3 |
沸腾试验 |
将试件浸没于沸腾的液体中 |
100℃的去离子水 |
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4 |
压力蒸煮锅试验 |
暴露于超过1大气压的湿润蒸气压中 |
121℃100%RH |
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5 |
非湿润饱和压力试验 |
暴露于超过1大气压的非湿润蒸气压中 |
121℃85%RH |
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6 |
非湿润饱和压力试验偏压试验 |
同上+偏压 |
同上 |
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7 |
压力蒸煮锅试验+
温度-湿度偏压试验 |
如同温度-湿度偏压试验进行预处理
一样实施压力蒸煮锅试验 |
121℃100%RH，
8h+85℃85%RH |
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8 |
温度周期循环试验
+压力蒸煮锅试验 |
如同压力蒸煮锅试验进行预处理
一样实施温度周期性循环试验 |
125℃到-55℃ ，
5个循环+121℃
100%RH |
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9 |
系列试验 |
系列试验或由上面试验结合
机械试验、
热阻试验所组成的复合试验 |
—— |
下述结论不仅适用于湿热试验同时也适用于其他环境试验
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试验数据兼容性 |
加速性 |
再现性 |
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1、温湿度储存试验 |
△ |
× |
○ |
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2、蒸煮试验 |
× |
△ |
△ |
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3、压力蒸煮试验 |
× |
○ |
△ |
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4、温湿度偏压试验 |
○ |
○ |
○ |
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5、非湿润饱和压力试验 |
○ |
◎ |
○ |
注：◎很好○好△一般×不完全
湿热试验的注意事项：
1、试验目的明确，进行与目的相符的试验。积累每一次的失效数据，为以后的试验能有效地进行。
2、关心测试数据的准确性，湿球纱布变质变赃会导致测量精度偏差5%～10%：要使用脱脂的干净纱布和蒸
馏水。
3、在进行温度-湿度偏压试验（THB）时，因试件内部发热，试样表面附近的相对湿度会降低，影响试验的
准确性。试验方式可调整为：通电1小时断电3小时，断续电试验。
4、试验箱内的温湿度条件应与试样内部的温湿度条件保持一致，且均匀度要好。在高湿度试验中，如果某一
点的温度低1℃ ，这一点的湿度就可能变成100%RH，就会有凝结的水珠出现，使试验数据发生很大变
化。
5、防止试验箱顶部凝露水滴到度样上，造成不必要的损失。
6、在压力蒸煮锅试验结束后，要冷却后再取出。防止试样受到压力冲击和温度冲击，造成样品破裂损坏。
三、高低温温度冲击试验：
航空器起飞或降落时，机载外部器材会出现温度的急剧变化；设备从高温区移到低温区或从低温区移到高温区；设备通电与断电；采用锡焊焊接；整机小型化，元件密集，元器件更容易受热，等等。都会引起高低温温度的冲击。元器件都是由不同材料构成，由热膨胀系数不同引起的故障时有发生。为此，对产品进行高低温温度冲击试验，在较短时间内确认产品特性的变化，发现在常温状态下难以发现的潜在故障，是提高产品可靠性的有力措施。
在美国，高低温温度冲击试验经常作为筛选试验形式对出厂前的产品进行100%的检查。在日本，高低温温度冲击试验则作为加速可靠性试验的一种形式广泛用于产品的开发阶段。将元器件暴露于迅速交替的超高温和超低温的试验环境中。在早期，就将不良品筛选出去。保证后面的工作顺利进行。
高低温温度冲击试验与温度循环试验的区别：
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高低温温度冲击试验 |
温度循环试验 |
温度变化
速率 |
急剧 |
缓慢，1～5℃/min |
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循环次数 |
5～10个循环（多至100个循环） |
5～10个循环（多至1000个循环） |
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热 平 衡 |
正好到达 |
到达 |
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试验时间 |
短 |
长 |
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用 途 |
1、膨胀系数不同引起的连接部位剥离；
2、膨胀系数不同龟裂后水分进入；
3、水分渗入导致腐蚀及短路现象发生的
加速试验。 |
1、通过长期试验发现腐蚀倾向；
2、长时间多次循环，观察应力疲劳现象；
3、调查分析市场失效的相关性。 |
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使用设备 |
冷热冲击试验箱 |
交变湿热试验箱 |
两箱法和三箱法的温度恢复时间：温度恢复时间相当于转换时间，它是指样品从一个极限温度转移到另一个极限温度所经历的时间。由于气槽式高低温温度冲击试验箱通过切换风门改变试验工作区的暴露环境，所以采用了恢复时间这个说法。
高低温温度冲击试验条件与用途：高低温温度冲击试验使用范围十分广泛，这里列出具有代表性的试验条件供参考。
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试验样品 |
试验条件 |
试验目的 |
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环氧树脂电路板 |
1、-30℃←→+80℃（各30分钟，1000次循环，22℃/分）
2、-60℃←→+100℃（各30分钟，1000次循环，10℃/分） |
加速试验
极限试验 |
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IC半导体 |
-55℃←→+125℃（各30分钟，100次循环，20℃/分） |
特性评估试验 |
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光 缆 |
-45℃←→+80℃（各60分钟，200次循环，10℃/分） |
材料特性试验 |
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连 接 器 |
-30℃←→+80℃（各15分钟，100次循环，20℃/分） |
寿命试验 |
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汽车电器 |
1、+80℃，60分钟←室温5分钟→-40℃，60分钟→室温5分钟
2、+80℃←→-40℃（各30分钟，5次循环，5分钟恢复24℃ /分） |
开发筛选 |
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汽车音响 |
1、-40℃←→+80℃（各30分钟，500次循环，10℃/分，通电）
2、-20℃←→+80℃（各30分钟，5次循环，10℃ /分） |
特性评估
生产ESS |
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树脂成型品 |
-30℃←→+80℃（各30分钟，300次循环，20℃/分） |
品质确认 |
选择高低温温度冲击试验箱（气槽式）的注意事项：
选择时不仅要考虑设备的可靠性、稳定性和操作性，同时还要考虑以下因素：
1、温度均匀性好；且传感器所检测的温度能真实反映试样所处的温度。
2、三箱法具有固定的样品试验区，具有外部信号连接功能；两箱法采用提篮移动改变暴露环境，不作通电测试。
3、试验箱执行的标准是什么？是否采用液态二氧化碳、液氮来辅助冷却？
总之，高低温温度冲击试验是标准环境试验中比较难的试验。要认真分析产品失败的原因，以确定合适的试验条件。
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