環(huán)境試驗的基礎知識 一、溫度試驗: 電工電子產(chǎn)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(jù)“10℃規(guī)則”,當環(huán)境溫度上升10℃時,產(chǎn)品壽命會減少一半;當環(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 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-濕度偏壓試驗進行預處理 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行預處理 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(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* 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(shù)據(jù),為以后的試驗能有效地進行。 2、關心測試數(shù)據(jù)的準確性,濕球紗布變質(zhì)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(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(shù)不同引起的故障時有發(fā)生。為此,對產(chǎn)品進行高低溫溫度沖擊試驗,在較短時間內(nèi)確認產(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 | 到達 | 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)不同龜裂后水分進入; 3、水分滲入導致腐蝕及短路現(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),觀察應力疲勞現(xiàn)象; 3、調(diào)查分析市場失效的相關性。 | 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(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門改變試驗工作區(qū)的暴露環(huán)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。
試驗樣品 | 試驗條件 | 試驗目的 | 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 |
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(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)行的標準是什么?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準環(huán)境試驗中比較難的試驗。要認真分析產(chǎn)品失敗的原因,以確定合適的試 驗條件。
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