|
表1 溫度應(yīng)力引發(fā)失效的主要類型
|
失效 |
環(huán)境應(yīng)力條件 |
敏感元件和材料 |
|
大分類 |
中分類（原因） |
失效模式 |
|
溫度 |
高溫老化 |
老化 |
抗拉強(qiáng)度老化
絕緣老化 |
溫度+時(shí)間 |
塑料、樹脂 |
|
化學(xué)變化 |
熱分解 |
溫度 |
塑料、樹脂 |
|
軟化、熔化、汽化、升華 |
扭曲 |
溫度 |
金屬、塑料、熱保險(xiǎn)絲 |
|
高溫氧化 |
氧化層的結(jié)構(gòu) |
溫度+時(shí)間 |
連接點(diǎn)材料 |
|
熱擴(kuò)散（金屬化合物結(jié)構(gòu)） |
引線斷裂 |
溫度+時(shí)間 |
異金屬連接部位 |
|
中級(jí)破壞 |
半導(dǎo)體 |
熱點(diǎn) |
溫度、電壓、電子能 |
非均質(zhì)材料 |
|
熱積聚燃燒 |
（剩余的熱燃燒） |
燃燒 |
加熱+烘干+時(shí)間 |
塑料（例如帶有維尼綸和聚氨酯油漆的木質(zhì)芯片） |
|
穿刺 |
內(nèi)在的 |
短路
絕緣性差 |
高溫（200~400℃） |
銀，金，鋼鐵，鎂，鎳，鉛，鈀，鉑，鉭，鈦，鎢，鋁 |
|
非內(nèi)在的 |
短路
絕緣性差 |
高溫（400~1000℃） |
銅，銀，鐵，鎳，鈷，錳，金，鉑和鈀的鹵化物 |
|
遷移 |
電遷移 |
斷開，引線斷裂 |
溫度（0.5Tm）+電流（密度為106A/cm2） |
例如鎢，銅，鋁（特別是集成電路中的鋁引線） |
|
蔓延 |
金屬 |
疲勞，損壞 |
溫度+應(yīng)力+時(shí)間 |
彈簧，結(jié)構(gòu)元件 |
|
塑料 |
疲勞，損壞 |
溫度+應(yīng)力+時(shí)間 |
彈簧，結(jié)構(gòu)元件 |
|
低溫易脆 |
金屬 |
損壞 |
低溫 |
體心立方晶體（例如銅，鉬，鎢）和密排立方晶體（例如鋅，鈦，鎂）及其合金 |
|
塑料 |
損壞 |
低溫+低濕度 |
高玻璃化溫度（例如纖維素乙烯氨），低彈性的非晶體（例如苯乙烯，丙烯酸甲酯） |
|
焊劑流動(dòng) |
焊劑流粘到冷金屬表面 |
噪聲，連接不實(shí) |
低溫 |
特別是連接到印刷電路板上的元件（例如開關(guān)，連接器件） |
因而，當(dāng)討論與溫度有關(guān)的產(chǎn)品壽命時(shí)，一般采用“θ℃規(guī)則”的表達(dá)方式。具體應(yīng)用時(shí)可以表達(dá)為“10℃規(guī)則”等，例如當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升10℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少一半；當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少到四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響產(chǎn)品壽命（失效）的。
反之，人們可以在較短的時(shí)間內(nèi)，利用升高環(huán)境溫度或降低環(huán)境溫度或利用超高溫和超低溫的交替來加速產(chǎn)品的失效現(xiàn)象發(fā)生，確定產(chǎn)品的特性變化以及由于構(gòu)成元器件的異種材料熱膨脹系數(shù)不同而造成的故障問題。多應(yīng)用于開發(fā)篩選試驗(yàn)、材料特性試驗(yàn)、極限試驗(yàn)、評(píng)估試驗(yàn)、品質(zhì)確認(rèn)試驗(yàn)、加速壽命老化試驗(yàn)等多種場(chǎng)合的需要。
3.溫度試驗(yàn)設(shè)備
溫度試驗(yàn)設(shè)備一般由工作室、調(diào)節(jié)設(shè)備、輔助設(shè)備、控制系統(tǒng)組成。其中調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括加熱器、蒸發(fā)器和送風(fēng)裝置等，輔助設(shè)備主要室制冷機(jī)組，控制系統(tǒng)包括溫度控制器、程序設(shè)定器、安全報(bào)警裝置等。
加熱器多用電阻絲或電熱管的電加熱方式實(shí)現(xiàn)；除了對(duì)無散熱試樣高溫試驗(yàn)的干燥箱可以采用自然加熱以外，一般都要都配有送風(fēng)裝置進(jìn)行強(qiáng)迫空氣循環(huán)，送風(fēng)方式多用上側(cè)送下側(cè)回或全面孔板頂送下側(cè)回的方式，對(duì)于整個(gè)試驗(yàn)設(shè)備的均勻性能很重要。
制冷方式使用較多為機(jī)械制冷，冷凍機(jī)有半封閉或全封閉形式，冷卻回路也有水冷形式或空冷形式，冷媒現(xiàn)已多采用環(huán)保型冷媒，節(jié)流方式采用毛細(xì)管或者電子膨脹閥方式，可以提高精度和回路的壽命，并且能長(zhǎng)期連續(xù)工作。
控制系統(tǒng)現(xiàn)在一般采用PID方式，使加熱功率隨設(shè)備實(shí)際溫度與設(shè)定溫度偏差自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，溫度波動(dòng)度?。伙@示部分也由以前數(shù)顯方式提升到液晶觸摸屏方式，例如ESPEC集團(tuán)的P計(jì)裝就是采用6.54英寸TFT彩色液晶顯示畫面，清晰美觀，更便于操作。
另外，設(shè)備的保溫層采用玻璃棉或者聚氨酯發(fā)泡層，導(dǎo)熱系數(shù)小，耐溫性好。溫度檢測(cè)采用熱電偶、鉑電阻和熱敏電阻方式等，精度高。
進(jìn)行溫度試驗(yàn)時(shí)需要考慮詳盡周全，所以考慮選擇相應(yīng)合適的試驗(yàn)設(shè)備也是至關(guān)重要的。
1. 必須要求測(cè)試范圍要滿足產(chǎn)品失效可能性試驗(yàn)范圍，即無論是高溫箱還是低溫箱或者冷熱沖擊箱都應(yīng)能夠滿足試驗(yàn)要求所規(guī)定的極值溫度條件。
2. 必須以保證試驗(yàn)樣品的體積不應(yīng)大于試驗(yàn)設(shè)備工作容積的1/5的原則來選擇試驗(yàn)設(shè)備。
3. 為保證試驗(yàn)區(qū)內(nèi)溫度的均勻性，根據(jù)樣品的散熱性來選擇是否采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)或無強(qiáng)迫空氣循環(huán)方式。例如上海ESPEC生產(chǎn)的LG型干燥箱采用熱風(fēng)自然對(duì)流方式，特別適宜粉狀物干燥，而LC型干燥箱就采用熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)方式。設(shè)備溫度分布的差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響會(huì)更大，當(dāng)采用較大的樣品時(shí)，或者在同一時(shí)間測(cè)試的樣品數(shù)量較大時(shí)，試驗(yàn)的結(jié)果將隨著位置的不同而存在很大差別，因此應(yīng)該選擇溫度均勻性盡可能好的設(shè)備。例如上海ESPEC生產(chǎn)的Z系列調(diào)溫箱，均勻性達(dá)到2.0℃。
4. 樣品溫度有采用上風(fēng)和采用下風(fēng)傳感器溫度測(cè)量?jī)煞N方式。設(shè)備的溫度控制傳感器位置及控制方法是可以選擇的，要根據(jù)試驗(yàn)要求選擇合適的設(shè)備。
5. 防止試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)生熱輻射或者熱傳導(dǎo)所引起的樣品吸熱或放熱，要求設(shè)備的加熱或冷卻系統(tǒng)裝置對(duì)樣品無影響。
6. 便于記錄、顯示，進(jìn)行循環(huán)試驗(yàn)時(shí)要求安裝自動(dòng)計(jì)數(shù)器、指示燈、記錄設(shè)備以及自動(dòng)關(guān)閉等儀表裝置。
7. 便于樣品放置可以要求用于放置或懸掛的樣品架，且樣品架不會(huì)因高低溫變化改變其機(jī)械性能。
8. 應(yīng)具有將測(cè)試電源引入設(shè)備工作室內(nèi)的引線孔。
9. 無論對(duì)于樣品的損壞性和試驗(yàn)人員安全都要有保護(hù)防范措施。例如設(shè)有觀察窗及照明，設(shè)有電源斷相、缺水、超溫保護(hù)、操作人員保護(hù)等報(bào)警裝置。
10. 是否需要遠(yuǎn)程遙控監(jiān)測(cè)功能。
使用溫度試驗(yàn)設(shè)備時(shí)的注意事項(xiàng)：
1. 進(jìn)行大塊樣品試驗(yàn)時(shí)上升氣流和下降氣流會(huì)出現(xiàn)溫濕度偏差，因此應(yīng)該仔細(xì)考慮放置樣品位置。盡量放置在試驗(yàn)設(shè)備工作空間的中心位置上，樣品之間不得互相接觸和重疊，應(yīng)留有一定的間隔以使空氣流通；而且還應(yīng)該保證進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)樣品易于移動(dòng)，測(cè)試時(shí)容易替換樣品。
2. 檢查試驗(yàn)區(qū)內(nèi)有無油氣等易揮發(fā)性物質(zhì)，檢查有無氣味的物質(zhì)，這類物質(zhì)試驗(yàn)后果必須預(yù)先進(jìn)行確認(rèn)。
3. 注意確認(rèn)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)試驗(yàn)樣品的溫度狀況。
4. 為保持溫度區(qū)內(nèi)溫度一致，需要盡可能保證試驗(yàn)環(huán)境溫度及設(shè)備動(dòng)力電源波動(dòng)最小，確保試驗(yàn)樣品不產(chǎn)生熱輻射并不吸收熱量從而保證試驗(yàn)區(qū)溫度平穩(wěn)。
5. 在溫度試驗(yàn)設(shè)備結(jié)束測(cè)試以后，迅速取走試驗(yàn)樣品會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生不必要的應(yīng)力，并可能得到意想不到的結(jié)果。因此，必須在試驗(yàn)樣品冷卻到環(huán)境溫度后才能取出樣品。
6. 試驗(yàn)樣品的安裝和支撐架的熱導(dǎo)率應(yīng)低，以保證試驗(yàn)樣品與安裝和支撐架間處于一種絕熱狀態(tài)。
不同產(chǎn)品的試驗(yàn)內(nèi)容是由試驗(yàn)要求者、設(shè)計(jì)者以及試驗(yàn)人員共同決定的。從提供試驗(yàn)相符合的試驗(yàn)設(shè)備的角度出發(fā)，建立一個(gè)試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)規(guī)格框架，試驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)商可以根據(jù)這個(gè)框架來提供設(shè)備的具體規(guī)格。每一種可模擬試驗(yàn)環(huán)境的試驗(yàn)設(shè)備一般都有測(cè)量系統(tǒng)，因此使用現(xiàn)成的設(shè)備和購(gòu)買新設(shè)備都是非常容易的。簡(jiǎn)單的試驗(yàn)設(shè)備也可以自己動(dòng)手制造，但是要考慮成本、試驗(yàn)結(jié)果的可靠性、精確控制程度以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全因素等。
結(jié)語
環(huán)境試驗(yàn)是一個(gè)可使產(chǎn)品增值的過程，不容忽視。而勤卓牌溫度型環(huán)境試驗(yàn)作為環(huán)境試驗(yàn)中最為基礎(chǔ)的一種，運(yùn)用領(lǐng)域及其廣泛，大大提高了我國(guó)軍用和民用產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性，并直接導(dǎo)致了產(chǎn)品的質(zhì)量提升。本文就溫度應(yīng)力和相關(guān)的溫度型環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備作了簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)的介紹，根據(jù)使用要求準(zhǔn)確選擇使用，才能達(dá)到環(huán)境試驗(yàn)的真正目的。
參考文獻(xiàn)：
1.《環(huán)境試驗(yàn)》，王樹榮等，1987
2.《GB10589-89 低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》
3.《GB10592-89 高、低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》
4.《GB11158-89 高溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》
東莞勤卓科技專業(yè)生產(chǎn)：可程式恒溫恒濕箱[濕熱交變箱]，三層式恒溫恒濕箱，高低溫試驗(yàn)箱，快速溫變?cè)囼?yàn)箱，等溫線性快速溫變?cè)囼?yàn)箱，冷熱沖擊試驗(yàn)箱(溫度沖擊箱)，液槽式溫度沖擊箱，熱震沖擊箱，步入式大型環(huán)境試驗(yàn)室，復(fù)合式環(huán)境試驗(yàn)箱(三綜合試驗(yàn)箱)，實(shí)驗(yàn)室恒溫恒濕主機(jī)，光伏組件濕熱試驗(yàn)機(jī)，光伏組件濕凍試驗(yàn)機(jī)，光伏組件熱循環(huán)試驗(yàn)機(jī)，老化試驗(yàn)箱等相關(guān)設(shè)備。
|
