电子产品温度冲击试验技术及应用
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产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 7 期
电子产品温度冲击试验技术及应用
□赵 强
【摘
要】 本文阐述了温度冲击的概念 、 适用范围及正确把握实施要点 ， 并分析了实施过程应注意的问题 ， 以确保试验效果。
【关键词】 温度冲击； 环境应力筛选； 日循环 【作者简介】 赵强（ 1969 ～ ） ， 男， 山东潍坊人； 中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师 ； 研究方向： 电子产品
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Industrial & Science Tribune
2012.（11）.7
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 7 期
程序 Ⅰ ， 如图 1 所示 。 （ 2 ） 程序 Ⅱ —循环 。 主要用于对真实 因为高温值是随日循环（ 全国 1% 工作极值 环境进行模拟， 相应温度及湿度日变化， 见 GJB1172． 2 － 1991 ） 而 变 化 的 。 如图 2 所示 。 化， 即大于 2℃ ， 则继续试验前应使试件重新稳定到规定的温 度。 2. 试验中断处理要求。 （ 1 ） 欠试验中断。若温度变化 （ 高低温转换） 以前发生中断， 应从中断点开始重新试验， 并 使试件重新处在该条件下； 若在高低温转换期间发生中断， 应使试件重新处在转换前的温度下 。（ 2 ） 过试验中断。首先 应在中断后对试件进行全面的物理检查和工作性能检测， 然 后根据检查、 检测结果决定是否继续进行试验 。 若发现有问 题， 特别是安全问题， 如弹药类产品 ， 应结束本次试验， 用新 恢复中断前的试验条 的试件重新进行试验； 若未发现问题， 件继续试验， 过试验时间记入总试验时间 。 3. 试件的安装和调试要求 。 试件的安装应尽可能模拟 实际使用状况， 并按需要进行试件连接和测试仪器连接 。 安
图2 高温循环的冲击
应保证实际 装时应注意： （ 1 ） 若考核试件防护装置有效性， 使用中插头、 外罩和检测板处在便于测试的位置， 在操作时 处于正常（ 防护或未加防护） 方式。 （ 2 ） 实际使用中试件上 在试验中不用， 应用模拟接头代 正常电气连接和机械连接， 替， 以确保试验真实。 （ 3 ） 试件若包括两个或两个以上具有 完整功能的独立单元， 可对各单元分别进行试验 。 若对各单 元一起进行试验， 在机械、 电气和射频连接接口允许情况下， 各单元之间以及单元与试验箱内壁间至少应保持 15cm， 确保 箱内空气能正常循环。 （ 4 ） 保护试件不受无关的环境污染 物影响 （ 四） 试验的实施。 1. 试验前准备。 确定试验程序、 试件技术状态、 温度量 值、 循环数、 温度稳定、 持续时间等。 2. 试验前技术状态确认。 试验前均应在标准大气条件 下对试件进行初始检测并记录， 以取得基线数据。 检测内容 主要包括： （ 1 ） 外观（ 特别是应力区， 如铸件拐角处； 不同材 料的结合面， 如元器件引线与可见的电子元器件的陶瓷界 面） 检查； （ 2 ） 性能和功能检测。 四、 温度冲击的应用 （ 一） 飞机飞行暴露（ 热到冷） 。暴露于沙漠或热带地面， 并可能直接受日晒加热 ， 但几分钟后通过飞机又将其暴露到 与飞行高度相对应的极端低温环境中 。 （ 二） 空运（ 含空运 － 沙漠 ） / 空投 （ 冷到热 ） 。 货舱在高 但具有环境温度（ 不考虑日晒加热影响） ， 空飞行中不加热、 该货舱将在沙漠地区上空运输或将装备从货仓中空投到高 温环境中。 （ 三） 陆运或空运 － 寒冷暴露 （ 冷热循环 ） 。 寒冷地区进 维修场所或其他设施； 或进出有 出有加热措施的贮存仓库 、 加热措施的货舱 （ 四） 工程设计。用于发现设计裕度方面的问题 。 （ 五） 环境应力筛选。用于评价工艺方面的问题， 如不同 材料膨胀不一致导致零部件相互咬死 、 有机材料的退色或龟 裂纹、 外罩和密封条损坏或材料尺寸的改变 、 玻璃容器和光 学仪器的碎裂、 表面涂层开裂、 快速冷凝水或结霜引起电子 或机械故障等。 （ 下转第 109 页）
工作和贮存的地理区域的气候数据来确定， 地表极植可根据 GJB150． 3A － 2009 、 GJB150． 4A － 2009 和 GJB150． 7A － 2009 获得， 不同高度的温度可从 GJB1172． 12 － 1991 中查到； 三是 根据产品最极端的非工作温度要求确定 。 （ 2 ） 高低温持续时间： 一是高温持续时间： 一方面通过产 品在贮存高温中达到温度稳定的时间确定； 一方面通过产品 在日循环中达到最高工作响应温度的时间确定； 二是低温持 续时间： 产品在低温极值下达稳定时间确定 。 （ 3 ） 循环次数： 对于暴露于温度急剧变化情况很小的产 品， 只进行一次温度冲击试验， 而对于较频繁暴露于温度急 剧变化情况的产品进行 3 次或 3 次以上冲击， 冲击次数主要 由产品预期使用事件次数确定 。 （ 4 ） 转换时间： 一般要求不大于 1min。 （ 5 ） 相对湿度： 除产品有特殊要求（ 对多孔渗水材料， 如 纤维材料需控制） 外， 一般不考虑控制相对湿度选定本试验 还应根据有关文件的规定 、 应力筛选要求以 和相应程序后， 及为该程序提供的信息选定该程序所用的试验条件和试验 技术。若有实测数据， 则应使用实测数据。 2. 试验的程序选择。
图1
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恒定极值温度冲击
（ 1 ） 程序 Ⅰ —恒定 。 主要用于揭示“温度急剧变化 ” 对 装备的影响， 该试验中“温度急剧变化 ” 要比单纯的高温试 验和低温试验对产品的影响更重要 。 特别是要用“更严酷 的温度变化 ” 来评价电子产品的安全性或初始设计是否满 “极值温度 ” 足要求或必须用 对产品进行考核时， 均需采用
一、 引言 温度冲击试验是指在电子产品上施加快速变化的极端 温度， 用以暴露产品在低于极端温度变化条件下会出现的潜 在缺陷。在电子产品的研制过程中， 会因各种原因导致缺陷 零部件、 外包外协件， 的发生。例如： 使用了缺陷的元器件、 工艺规定不完善， 制造过程的不正确操作和不规范的施工工 序等， 都会给电子产品的可靠性带来影响 。 有些缺陷是可以 通过常规检验方法（ 如目测、 常温加电考机和功能测试） 来排 除， 而有些缺陷用常规方法无法检查出来， 被称为潜在缺陷。 如果在产品交付前不剔除这些潜在缺陷， 最终将导致后期使 用的问题暴露。温度冲击试验是针对电子产品在实际使用 中可能遇到的温度环境及应力强度， 选择最能激发其潜在缺 陷的极端温度， 用以确定产品在经受周围大气温度的急剧变 化（ 温度冲击） 时， 产品是否产生物理损坏或性能下降使潜在 缺陷加速发展成为早期故障， 剔除元器件、 部件的早期失效 使产品的可靠性更接近实际 及暴露设计和制造工艺的不足， 需要， 从而保证和提高电子产品的可靠性 。 二、 温度冲击的基本方法 （ 一 ） 温度冲击试验选择原则 。 温度冲击适用于可能会 在空气温度发生急剧变化 （ 指温度变化率大 于 10℃ / min ） 的地方使用的电子产品， 也可作为一个环境应力筛选（ ESS ） 试验， 用来激发故障 。 温度冲击是以不大于 1min 的转换时 并循环一定的 间将产品依次暴露在高温区域和低温区域， 次数（ 按实际需要确定） ， 通常是为了揭示产品在低于极端 温度变化速率（ 只要试验条件不超过产品的设计极限） 下出 现的 安 全 性 问 题 和 潜 在 的 缺 陷， 而 ESS 试 验 一 般 按 GJB1032 进行， 高温和低温的变化速率为 5℃ / min， 当温度 变化速率大于 10℃ / min 时， 将使用温度冲击来替代环境应 力筛选 。 （ 二） 温度冲击试验条件的确定 。 1. 试验的基本要素。 温度冲击试验的进行需确定下面 几个要素： （ 1 ） 试验温度（ 高温、 低温） ： 应尽量以反映产品预期使用 情况的前提确定温度条件， 确定方法如下： 一是从高、 低温试 验获得的试件温度响应来确定试验条件； 二是根据产品预期
电子产品温度冲击试验技术及应用
□赵 强
【摘
要】 本文阐述了温度冲击的概念 、 适用范围及正确把握实施要点 ， 并分析了实施过程应注意的问题 ， 以确保试验效果。
【关键词】 温度冲击； 环境应力筛选； 日循环 【作者简介】 赵强（ 1969 ～ ） ， 男， 山东潍坊人； 中国电子科技集团公司第五十四研究所工程师 ； 研究方向： 电子产品
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Industrial & Science Tribune
2012.（11）.7
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 7 期
程序 Ⅰ ， 如图 1 所示 。 （ 2 ） 程序 Ⅱ —循环 。 主要用于对真实 因为高温值是随日循环（ 全国 1% 工作极值 环境进行模拟， 相应温度及湿度日变化， 见 GJB1172． 2 － 1991 ） 而 变 化 的 。 如图 2 所示 。 化， 即大于 2℃ ， 则继续试验前应使试件重新稳定到规定的温 度。 2. 试验中断处理要求。 （ 1 ） 欠试验中断。若温度变化 （ 高低温转换） 以前发生中断， 应从中断点开始重新试验， 并 使试件重新处在该条件下； 若在高低温转换期间发生中断， 应使试件重新处在转换前的温度下 。（ 2 ） 过试验中断。首先 应在中断后对试件进行全面的物理检查和工作性能检测， 然 后根据检查、 检测结果决定是否继续进行试验 。 若发现有问 题， 特别是安全问题， 如弹药类产品 ， 应结束本次试验， 用新 恢复中断前的试验条 的试件重新进行试验； 若未发现问题， 件继续试验， 过试验时间记入总试验时间 。 3. 试件的安装和调试要求 。 试件的安装应尽可能模拟 实际使用状况， 并按需要进行试件连接和测试仪器连接 。 安
图2 高温循环的冲击
应保证实际 装时应注意： （ 1 ） 若考核试件防护装置有效性， 使用中插头、 外罩和检测板处在便于测试的位置， 在操作时 处于正常（ 防护或未加防护） 方式。 （ 2 ） 实际使用中试件上 在试验中不用， 应用模拟接头代 正常电气连接和机械连接， 替， 以确保试验真实。 （ 3 ） 试件若包括两个或两个以上具有 完整功能的独立单元， 可对各单元分别进行试验 。 若对各单 元一起进行试验， 在机械、 电气和射频连接接口允许情况下， 各单元之间以及单元与试验箱内壁间至少应保持 15cm， 确保 箱内空气能正常循环。 （ 4 ） 保护试件不受无关的环境污染 物影响 （ 四） 试验的实施。 1. 试验前准备。 确定试验程序、 试件技术状态、 温度量 值、 循环数、 温度稳定、 持续时间等。 2. 试验前技术状态确认。 试验前均应在标准大气条件 下对试件进行初始检测并记录， 以取得基线数据。 检测内容 主要包括： （ 1 ） 外观（ 特别是应力区， 如铸件拐角处； 不同材 料的结合面， 如元器件引线与可见的电子元器件的陶瓷界 面） 检查； （ 2 ） 性能和功能检测。 四、 温度冲击的应用 （ 一） 飞机飞行暴露（ 热到冷） 。暴露于沙漠或热带地面， 并可能直接受日晒加热 ， 但几分钟后通过飞机又将其暴露到 与飞行高度相对应的极端低温环境中 。 （ 二） 空运（ 含空运 － 沙漠 ） / 空投 （ 冷到热 ） 。 货舱在高 但具有环境温度（ 不考虑日晒加热影响） ， 空飞行中不加热、 该货舱将在沙漠地区上空运输或将装备从货仓中空投到高 温环境中。 （ 三） 陆运或空运 － 寒冷暴露 （ 冷热循环 ） 。 寒冷地区进 维修场所或其他设施； 或进出有 出有加热措施的贮存仓库 、 加热措施的货舱 （ 四） 工程设计。用于发现设计裕度方面的问题 。 （ 五） 环境应力筛选。用于评价工艺方面的问题， 如不同 材料膨胀不一致导致零部件相互咬死 、 有机材料的退色或龟 裂纹、 外罩和密封条损坏或材料尺寸的改变 、 玻璃容器和光 学仪器的碎裂、 表面涂层开裂、 快速冷凝水或结霜引起电子 或机械故障等。 （ 下转第 109 页）
工作和贮存的地理区域的气候数据来确定， 地表极植可根据 GJB150． 3A － 2009 、 GJB150． 4A － 2009 和 GJB150． 7A － 2009 获得， 不同高度的温度可从 GJB1172． 12 － 1991 中查到； 三是 根据产品最极端的非工作温度要求确定 。 （ 2 ） 高低温持续时间： 一是高温持续时间： 一方面通过产 品在贮存高温中达到温度稳定的时间确定； 一方面通过产品 在日循环中达到最高工作响应温度的时间确定； 二是低温持 续时间： 产品在低温极值下达稳定时间确定 。 （ 3 ） 循环次数： 对于暴露于温度急剧变化情况很小的产 品， 只进行一次温度冲击试验， 而对于较频繁暴露于温度急 剧变化情况的产品进行 3 次或 3 次以上冲击， 冲击次数主要 由产品预期使用事件次数确定 。 （ 4 ） 转换时间： 一般要求不大于 1min。 （ 5 ） 相对湿度： 除产品有特殊要求（ 对多孔渗水材料， 如 纤维材料需控制） 外， 一般不考虑控制相对湿度选定本试验 还应根据有关文件的规定 、 应力筛选要求以 和相应程序后， 及为该程序提供的信息选定该程序所用的试验条件和试验 技术。若有实测数据， 则应使用实测数据。 2. 试验的程序选择。
图1
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恒定极值温度冲击
（ 1 ） 程序 Ⅰ —恒定 。 主要用于揭示“温度急剧变化 ” 对 装备的影响， 该试验中“温度急剧变化 ” 要比单纯的高温试 验和低温试验对产品的影响更重要 。 特别是要用“更严酷 的温度变化 ” 来评价电子产品的安全性或初始设计是否满 “极值温度 ” 足要求或必须用 对产品进行考核时， 均需采用
一、 引言 温度冲击试验是指在电子产品上施加快速变化的极端 温度， 用以暴露产品在低于极端温度变化条件下会出现的潜 在缺陷。在电子产品的研制过程中， 会因各种原因导致缺陷 零部件、 外包外协件， 的发生。例如： 使用了缺陷的元器件、 工艺规定不完善， 制造过程的不正确操作和不规范的施工工 序等， 都会给电子产品的可靠性带来影响 。 有些缺陷是可以 通过常规检验方法（ 如目测、 常温加电考机和功能测试） 来排 除， 而有些缺陷用常规方法无法检查出来， 被称为潜在缺陷。 如果在产品交付前不剔除这些潜在缺陷， 最终将导致后期使 用的问题暴露。温度冲击试验是针对电子产品在实际使用 中可能遇到的温度环境及应力强度， 选择最能激发其潜在缺 陷的极端温度， 用以确定产品在经受周围大气温度的急剧变 化（ 温度冲击） 时， 产品是否产生物理损坏或性能下降使潜在 缺陷加速发展成为早期故障， 剔除元器件、 部件的早期失效 使产品的可靠性更接近实际 及暴露设计和制造工艺的不足， 需要， 从而保证和提高电子产品的可靠性 。 二、 温度冲击的基本方法 （ 一 ） 温度冲击试验选择原则 。 温度冲击适用于可能会 在空气温度发生急剧变化 （ 指温度变化率大 于 10℃ / min ） 的地方使用的电子产品， 也可作为一个环境应力筛选（ ESS ） 试验， 用来激发故障 。 温度冲击是以不大于 1min 的转换时 并循环一定的 间将产品依次暴露在高温区域和低温区域， 次数（ 按实际需要确定） ， 通常是为了揭示产品在低于极端 温度变化速率（ 只要试验条件不超过产品的设计极限） 下出 现的 安 全 性 问 题 和 潜 在 的 缺 陷， 而 ESS 试 验 一 般 按 GJB1032 进行， 高温和低温的变化速率为 5℃ / min， 当温度 变化速率大于 10℃ / min 时， 将使用温度冲击来替代环境应 力筛选 。 （ 二） 温度冲击试验条件的确定 。 1. 试验的基本要素。 温度冲击试验的进行需确定下面 几个要素： （ 1 ） 试验温度（ 高温、 低温） ： 应尽量以反映产品预期使用 情况的前提确定温度条件， 确定方法如下： 一是从高、 低温试 验获得的试件温度响应来确定试验条件； 二是根据产品预期