IEC 68-2-28 湿热试验指引

IEC 68-2-28 湿热试验指引
IEC 68-2-28 Guidance for damp heat tests
前言
本指引之目的在决定电工产品于湿热环境下，不论是否凝结水滴，其电性或机械特性之变异情形。

湿热试验亦可用来决定试件之腐蚀效应。

范围
本指引提供一般规范作者所需之必要信息，以选择适当之试验方法及试验条件。

本指引应与下列规范合用：
a.IEC 68-2-3试验方法Ca：稳态湿热。

b.IEC 68-2-56试验方法Cb：装备稳态湿热。

c.IEC 68-2-30 试验方法Db：湿热温度循环。

d.IEC 68-2-38试验方法Z/AD：组合温度、湿度循环试验。

湿度产生法
1.喷水
将除去离子之水，喷雾成细小粒子，并藉由空气带入柜中，此时大部份之雾状粒子在途中已成为水气状态；注意不可直接将水喷入柜中。

此系统能迅速提供湿度且不大需要维修，但若直接喷射，则柜中可能有少部份之雾状粒子，湿度常因润湿过度而不易控制。

1.水蒸气喷射
将热水蒸气直接喷入温度柜中。

此系统能迅速提供湿气且容易控制(由蒸气阀控制)，但在柜中温度较低之位置可能产生凝结现象。

1.挥发法
气泡式
以空气吹入含水之管路中，造成饱和水气。

此系统在固定气流条件下，可藉由改变水温控制湿度，但若增加水温则柜温亦随之增加，且由于水之热容关系，在时间上会产生延迟，此种方法在气泡破裂时亦会产生少量雾状水分子。

表面挥发
利用空气通过一面积广大之水面而得到湿润，如空气不断经过静止之水面，或水流垂直向下，空气逆行而上。

在此系统中雾状之现象不易发生，湿度可藉由改变水温来控制。

但由于水之热容关系，湿度之变化在时间上将产生延迟。

水溶液
由一密封且恒温之标准化水溶液容器产生所需之相对湿度，例如以甘油或盐溶液来控制相对湿度。

此法简单可靠，但不适用于生热试件或会吸收大量水气之试件，亦不可用来执行循环式试验。

∙湿度之物理外观
1.凝结
当试件放入温度柜中，若其表面温度较柜中露点温度为低时，水气将凝结于试件表面，因此欲避免水气凝结时必须将试件预热。

若欲在试件表面产生水气凝结，则试验时柜中之湿度与温度必须迅速增加，使试件表面温度低于露点温度。

若试件之热时间常数(thermal time constant)较低，则凝结仅在温变率十分快速或是相对湿度接近100%时产生，升温速率与试验方法Db与Z/AD相同时，对小试件可能不产生凝结。

若试件热时间常数为τ，则升温时试件表面产生凝结所需之相对湿度如下所示：
R.H.>100(1-0.05×τ×Δθ/Δｔ)
其中：
Δθ/Δｔ为柜中气温之平均变化速率。

例：以试验方法Db而言，温度为＋25℃～＋55℃
Δθ/Δｔ＝(55-25)/(3×60×60)≒0.0028℃/s
对τ＝1分钟之组件而言，相对湿度需达99.2%。

周遭温度降低时，组件内壁表面将产生凝结现象，毛细凝结现象亦可在相对湿度远低于100%时发生。

一般而言，凝结现象可用目视清楚观察出来，但是对表面粗糙不平之小试件而言，有可能看不出来。

1.吸附
材料种类、表面结构与水气压力可决定其表面吸附湿气量之多寡，吸附现象通常不易评估，因为吸收现象同步发生且现象更明显。

1.吸收
吸收水气之多寡，通常决定于空气中之水气含量，一般而言，吸收现象将稳定进行到平衡为止，水气之渗透率通常与温度成正比。

1.扩散
水气由有机材料制成之封装外部扩散至内部之现象，如电容器与半导体等。

∙加速物理过程
加速之目的在节省试验时间，但需注意应力增加之后，失效机制可能与实际状况不同。

试验严厉度之选用可参考操作与储存条件之限制。

凝结与吸附过程通常所需时间较短，但吸收与扩散过程在平衡状态到达前可能长达数千小时。

一般而言，湿热试验之加速因子不可能获得，但在固定之相对湿度下增加温度，
可加速试验之进行。

加速因子仅在渗透率、温度与水气压力间之关系为已知时方能得知或经由实验决定。

在不同试件均呈现相同之失效机制下，加速因子是允许使用的。

稳态湿热试验可以下列两种方法模拟实际温湿度环境之加速试验。

以较实际状况严厉之温湿度进行试验。

若实际环境含高低条件之变化，通常仅考虑较严厉状况，而忽略较低之部份，但因环境应力较低时属干燥阶段，稳态湿热试验并不模拟此种状况，因此试验结果可能不同。

∙稳态与循环试验之比较
稳态试验方法Ca及Cb
若吸收与吸附作用为最重要效应时，或是试件处于稳态湿热环境下，则应进行稳态试验。

1.试验方法Ca
主要用于评估组件在长期湿热环境下之抵抗能力。

本试验法在决定试件于高湿环境下之电性特性是否仍能维持，亦可用来评估组件或组件之包装是否能防护水气扩散效应。

1.试验方法Cb
主要用于决定装备在高湿环境且无凝结时之反应。

当需要稳态湿热环境时，本试验法特别适用于大型装备或有复杂接头在柜外之测试装备。

除主动冷却装置之温度低于露点时会产生之凝结外，本试验法在程序设计时即不希望试件上有任何凝结水滴。

对生热试件执行试验时，需模拟自由空气条件并考虑生热对试件周遭环境之影响。

1.循环试验方法Db
若因凝结或呼吸作用积存水气为最重要效应时，可使用试验方法Db。

本试验法分为两种：
∙方法1：适用于吸收或因呼吸作用产生水气渗入及积存为重
要效应之各种状况。

∙方法2：适用于使用简易之试验装备，且无上述效应者。

"IEC 68-2-17试验方法Q：密封性试验"可迅速侦测出具呼吸效应之裂缝，但无法重现循环湿度之效应。

试验次序与组合试验
执行一个或数个温度循环试验，为评估接合是否紧密与细小裂缝是否存在之最佳方法，但通常不需要同时改变温度与湿度条件。

若先执行试验方法C或Db，再接着执行"IEC 68-2-14试验方法N：温度变化"，
则效果更严厉。

因试验方法N之温变率较高，加上温度差范围较大，将产生比试验方法Db较高之热应力。

若试件由不同之材料组成且含接合点，则建议先执行数个湿热循环后，再执行一个低温循环。

IEC 68-2-38试验方法Z/AD中详述此种试验，此试验法与其它循环式湿热试验不同，因其在固定时间内有较大之温度变化与较高之上限温度，且加上数个冰点以下之低温循环，因此加速呼吸效应，并使留于裂缝之水份结冰，此为其主要之效应。

在实际使用时，其发生情况较为缓慢，且结冰效应只有在裂缝足以让水份渗透才能发生，如金属与密封材料间之间隙或线头之封胶处。

多孔材料与细如发丝之裂缝会吸收水份，因此最好执行稳态湿热试验。

环境效应
可分为下列四种(请参考图1湿度效应图)。

1.物性变化
在湿度环境下，材料之机械与光学特性将改变。

如尺寸因膨胀而变形，表面特性变化，摩擦系数或力量之变化等。

以上特性之改变可决定应执行稳态或循环式试验，或是否规定有凝结现象。

1.电性变化
表面湿气
绝缘材料之表面因凝结或吸收水气造成电性变化，如电阻降低，甚至漏电。

通常试验方法Db或Z/AD可适用以上情形，若仅有吸附现象则试验方法Ca、Cb可适用。

在某些状况下，试件在试验中必须加电，但通常电性由于表面湿度增加，几分钟后即产生变化。

湿气渗透
绝缘材料吸收湿气后将导致其电性改变，如介电强度降低、绝缘降低与电容增加。

因吸收与扩散过程时间很长，且平衡状态要数百或数千小时才能达成，因此试验时间需要适当加长。

如试件以塑料材料包覆之情形可能在试验方法Ca之测试条件下可以忍受56天，但在六个月后，因吸收与扩散作用，吸收过多水份而失效。

评估试件受湿气渗透之影响，有时极为困难，例如功能零件如以塑料材料加以包覆或使用包装形式之干燥剂，则其效应评估十分不易。

1.腐蚀
通常腐蚀仅在高湿度下产生，因温度与湿度之增高，腐蚀现象加速进行，最严重之腐蚀乃是在水气不断的凝结与蒸发交互进行下发生。

通常湿热试验不适合决定腐蚀效应，但在金属表面上若有残余污染如泥土或指纹等，则在高湿度时将加速腐蚀进行。

又在凝结或高湿度下，即使无污染物，金属与金属或金属与非金属之连接点仍是腐蚀之源头。

其它详见：IEC 68 系列标准列表。