溫度循環(huán)與溫度衝擊試驗(yàn)

日期：2025-01-06 14:25

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摘要：

溫度循環(huán)與溫度衝擊試驗(yàn)
吾人經(jīng)常在溫度循環(huán)(Temp.cycling)與溫度衝擊(Thermalshock)之差異上有所混淆，若以使用之設(shè)備差異來(lái)區(qū)分則通常溫度循環(huán)係採(cǎi)單櫃式(或稱單槽式)設(shè)計(jì)，溫度衝擊則以雙槽式或三槽式為主要設(shè)計(jì)方式。雙槽式又區(qū)分為液態(tài)溫度衝擊(LiquiedtoLiquied Thermal shock)以及氣態(tài)溫度衝擊(Air to AirThermalshock)兩種。近幾年在汽車電子以及部份產(chǎn)品對(duì)高可靠度要求下，PCB材料、IC及模組產(chǎn)品使用雙槽式空氣式溫度衝擊(AirtoAir)或液態(tài)溫度衝擊(Liquied to Liquied)試驗(yàn)有趨多現(xiàn)象。

美國(guó)軍方規(guī)範(fàn)MIL-STD-810F方法503.4對(duì)溫度變率>10℃/min時(shí)即稱之為溫度衝擊(TemperatureShock)，IEC60068Part-2-14溫度變化試驗(yàn)指引則以試驗(yàn)方法Test Na，TestNb與TestNc作為區(qū)別，使用IEC規(guī)範(fàn)時(shí)可依試驗(yàn)?zāi)康淖孕羞x擇適用之試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。

溫度循環(huán)試驗(yàn)(Temperaturecycling test-TCT)
溫度循環(huán)在應(yīng)用上大都採(cǎi)用單櫃式居多，試驗(yàn)係以常溫→低溫→低溫停留→高溫→高溫停留→常溫作為一個(gè)循環(huán)，執(zhí)行溫度循環(huán)試驗(yàn)之嚴(yán)厲度係以高/低溫度範(fàn)圍、停留時(shí)間以及循環(huán)數(shù)來(lái)決定。
若以環(huán)境模擬試驗(yàn)為主要目的，在試驗(yàn)應(yīng)用上以高/低溫緩慢變化為主，通常以每小時(shí)不超過(guò)20℃~30℃溫度變化為主要試驗(yàn)規(guī)格。若以觀察焊點(diǎn)可靠度(SolderReliability)為主要目的，則以快速溫度變化為主，目前針對(duì)PCBA之無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠度驗(yàn)證則大都以每分鐘15℃~20℃的溫變化率作為最主要試驗(yàn)條件。

應(yīng)力壽命試驗(yàn)(Stress LifeTest-Strife test)
應(yīng)力壽命試驗(yàn)通常應(yīng)用在開(kāi)發(fā)階段之產(chǎn)品(EndProduct)壽命評(píng)估上，執(zhí)行應(yīng)力壽命試驗(yàn)(Strifetest)過(guò)程中產(chǎn)品需進(jìn)行功能驗(yàn)證(functionalcheck)，首先採(cǎi)用漸進(jìn)式溫度階梯試驗(yàn)找出產(chǎn)品最大可承受之高低溫極限值，再以此高低溫極限值進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)，此目的係為了了解產(chǎn)品在正常使用下是否有長(zhǎng)期可靠度問(wèn)題，因此需採(cǎi)用較合理之溫度變化速率(Temp.changerate)以及測(cè)試循環(huán)數(shù)(Test cycles)。

溫度衝擊試驗(yàn)(ThermalShock-TST)
對(duì)於IC's、PCB以及需具有高可靠度需求之產(chǎn)品進(jìn)行可靠度壽命測(cè)試，通常會(huì)採(cǎi)用三槽式或雙槽式溫度衝擊為主要規(guī)格。

設(shè)備能力差異所產(chǎn)生之問(wèn)題
宜特可靠度實(shí)驗(yàn)室針對(duì)不同廠牌之溫度衝擊設(shè)備以6個(gè)高熱散溢樣品(High heatloadingmodule)進(jìn)行負(fù)載能力與溫度均勻度試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，在相同試驗(yàn)條件與相同負(fù)載條件下，放置於6個(gè)不同位置之樣品其溫度反應(yīng)落差極大(見(jiàn)下圖)，由(圖一)可知被測(cè)物完全未到達(dá)試驗(yàn)所需之溫度條件值，櫃內(nèi)不同位置之6個(gè)樣品所反應(yīng)之溫度差高達(dá)30℃~40℃，此種現(xiàn)象將使得不同位置之樣品所受到應(yīng)力強(qiáng)度不同，試驗(yàn)結(jié)果亦將出現(xiàn)誤判情形，(圖二)則完全滿足試驗(yàn)條件需求。因此如何選用適當(dāng)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)以及如何避免上述情況出現(xiàn)是值得關(guān)注的議題。

為避免在執(zhí)行溫度循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中因?yàn)闄檭?nèi)水氣凝結(jié)(Condensation)而使產(chǎn)品出現(xiàn)失效，溫度循環(huán)櫃之設(shè)計(jì)需能夠保持溫度櫃內(nèi)在低相對(duì)濕度條件下為執(zhí)行溫度循環(huán)試驗(yàn)(Temp.Cycling)之重要事項(xiàng)之一，根據(jù)IEC之要求，執(zhí)行溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)櫃內(nèi)之大氣絕對(duì)濕度(AbsoluteHumidity)不可超過(guò)20g/m3。

溫度循環(huán)常見(jiàn)缺陷

喪失電性功能

潤(rùn)滑劑變質(zhì)而失去潤(rùn)滑作用

焊點(diǎn)裂化、PCB脫層、結(jié)構(gòu)喪失機(jī)械強(qiáng)度與塑性變形

玻璃與光學(xué)製品破裂

焊點(diǎn)裂錫，零件特性能退化，斷裂

移動(dòng)件鬆弛，材料收縮膨脹

氣密與絕緣保護(hù)失效

常用規(guī)範(fàn):
IEC 60068-2-14, IPC-9701, JESD22-A104B,JESD22-A106-B,MIL-STD-810F等

溫度循環(huán)(Temperaturecycle-TCT)與溫度衝擊試驗(yàn)(Thermalshock-TST)

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