下面我們就來聊聊兩種元器件濕熱試驗(yàn)的原理、試驗(yàn)設(shè)備、可能暴露的缺陷及關(guān)鍵點(diǎn)。

 

一 五種現(xiàn)象

 

濕熱試驗(yàn)中主要有5種物理現(xiàn)象，分別是吸附、凝露、擴(kuò)散、吸收和呼吸作用。

 

1、氣體分子（指水蒸氣分子）在空間運(yùn)動(dòng)可能碰撞固體物質(zhì)（受試產(chǎn)品）的表面，當(dāng)一定數(shù)量的氣體分子“停留”在受試產(chǎn)品表面上的濃度高于它在氣相中的濃度，從而產(chǎn)生凝結(jié)，這種氣體在固體表面上“停留”的現(xiàn)象稱之為吸附。

 

2、凝露實(shí)際上是水分子在受試產(chǎn)品上吸附的一種現(xiàn)象，但它是在試驗(yàn)溫度變化時(shí)產(chǎn)生的。在升溫階段，受試產(chǎn)品表面溫度低于周圍空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，水蒸氣便會(huì)在受試產(chǎn)品表面凝結(jié)成液體形成水珠。在交變濕熱試驗(yàn)的升溫階段，由于受試產(chǎn)品的熱慣性，使它的溫度上升滯后于試驗(yàn)箱的溫度。

 

因此，表面便產(chǎn)生了凝露現(xiàn)象。表面凝露量的多少取決于受試產(chǎn)品本身的熱容量大小以及升溫速度和升溫階段的相對(duì)濕度。在交變濕熱試驗(yàn)的降溫階段，封閉外殼的內(nèi)壁比殼內(nèi)空氣降溫快、因此也會(huì)出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

 

3、擴(kuò)散是分子運(yùn)動(dòng)的一種物理現(xiàn)象。在擴(kuò)散過程中，分子總是從濃度大的地方向濃度小的地方遷移。濕熱試驗(yàn)中水蒸氣向濃度較低的材料內(nèi)部擴(kuò)散的。擴(kuò)散與絕對(duì)濕度、溫度及材質(zhì)有關(guān)。

 

4、吸收是指水蒸氣與空氣混合通過材料的間隙進(jìn)入材料內(nèi)部，它可以由擴(kuò)散、滲透或毛細(xì)管凝結(jié)三種物理過程綜合形成。擴(kuò)散和滲透除了與試驗(yàn)條件中的濕度（決定了水蒸氣壓力）和溫度有關(guān)外還與材料的擴(kuò)散或滲透系數(shù)有關(guān)，這也就是說與受試產(chǎn)品的材質(zhì)有關(guān)。

 

5、具有封閉外殼的設(shè)備，若內(nèi)部有較大容積的空腔，當(dāng)試驗(yàn)溫度變化時(shí)，空腔內(nèi)的空氣壓力隨之變化，由于這種壓力變化引起空腔內(nèi)外空氣的交流稱之為呼吸作用。

 

這種呼吸作用進(jìn)入空腔內(nèi)的潮氣量除與空氣中的濕度有關(guān)外還與試驗(yàn)條件的溫度變化速率和溫度變化范圍有關(guān)。

 

二 試驗(yàn)原理

 

1 恒定濕熱試驗(yàn)

 

恒定濕熱試驗(yàn)是指溫度濕度試驗(yàn)條件不隨時(shí)間變化的濕熱試驗(yàn)。產(chǎn)品的受潮作用主要是由水蒸汽吸附、吸收和擴(kuò)散三種物理現(xiàn)象引起，試驗(yàn)樣品使用場(chǎng)所環(huán)境溫度變化不大，產(chǎn)品表面不會(huì)產(chǎn)生凝露現(xiàn)象時(shí)應(yīng)選擇恒定濕熱試驗(yàn)方法。

 

高溫和高濕度的同時(shí)作用，會(huì)加速金屬件的腐蝕和絕緣材料的老化。對(duì)于半導(dǎo)體器件，如果水汽滲透進(jìn)管芯，還會(huì)引起電參數(shù)的變化。尤其在兩種不同金屬材料的鍵合處或連接處，由于水汽滲入會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，從而使腐蝕速度大大加快。

 

此外，在濕熱環(huán)境中，管殼的電鍍層可能會(huì)剝落，外引線可能生銹或銹斷。因此，高溫高濕度的環(huán)境條件是考核器件穩(wěn)定性和可靠性的重要試驗(yàn)之一。

 

2 交變濕熱試驗(yàn)

 

交變濕熱試驗(yàn)方法是指溫度濕度條件，在24小時(shí)內(nèi)周期性地在高溫高濕和低溫高濕之間變化的一種濕熱試驗(yàn)。

 

當(dāng)試驗(yàn)樣處于交變的高濕、高溫條件下時(shí)，水汽借助于溫度以擴(kuò)散、熱運(yùn)動(dòng)、呼吸作用和毛細(xì)現(xiàn)象等被吸入器件內(nèi)部。水汽的吸入量一方面和溫度、絕對(duì)濕度、時(shí)間有關(guān)（溫度越高，水分子的活動(dòng)能越大，水分子越容易進(jìn)入器件內(nèi)部。絕對(duì)濕度越大，水分子含量就越多，水分子滲入器件內(nèi)部的可能性也增大）。

 

另一方面與溫度變化率、溫差有關(guān)（溫度變化率則決定了單位時(shí)間內(nèi)“呼吸”的次數(shù)；溫差的大小決定了“呼吸”程度的大小）。高溫和高濕度的同時(shí)交變作用，會(huì)加速金屬配件的腐蝕和絕緣材料的老化。

 

交變濕熱試驗(yàn)與恒定濕熱試驗(yàn)不同，它采用溫度循環(huán)來提高試驗(yàn)效果，其目的在于提供一個(gè)凝露和干燥的交替過程，使進(jìn)入密封外殼內(nèi)的水汽產(chǎn)生“呼吸”作用，從而使腐蝕過程加速。在高溫下，潮氣的影響將更加明顯。

 

試驗(yàn)包括一個(gè)低溫子循環(huán)，它能使在其他情況下不易發(fā)現(xiàn)的退化作用加速顯現(xiàn)。這樣，通過測(cè)量電特性（包括擊穿電壓和絕緣電阻）或進(jìn)行密封試驗(yàn)就可以揭示該退化現(xiàn)象。如果需要，交變濕熱試驗(yàn)還可以對(duì)某些元件施加一定的電負(fù)荷，從而確定載流元件特別是細(xì)導(dǎo)線和接點(diǎn)的抗電化學(xué)腐蝕的能力。

 

三 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

 

1、濕熱試驗(yàn)的設(shè)備為濕熱試驗(yàn)箱，恒定濕熱試驗(yàn)采用恒定濕熱試驗(yàn)箱，交變濕熱試驗(yàn)需采用高低溫濕熱試驗(yàn)箱。

 

2、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參見G82423.22，GB2423.34，GJBl50.9等。

 

3、在試驗(yàn)箱中產(chǎn)生潮濕條件的方法常有：a．水揮發(fā)加濕、b．氣泡加濕、c．噴霧加濕、d．蒸氣加濕。

 

恒定濕熱試驗(yàn)箱組成示意圖

 

交變濕熱試驗(yàn)箱組成示意圖

 

交變濕熱試驗(yàn)箱控制原理

 

四 缺陷暴露

 

濕熱試驗(yàn)中元器件常見暴露缺陷有外引線腐蝕、外殼腐蝕、離子遷移和封裝材料（絕緣、膨脹和機(jī)械性能）。

 

五 關(guān)鍵點(diǎn)

 

1、濕度測(cè)量是保證濕熱試驗(yàn)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，常用的兩種類型，一種是用干濕球溫度計(jì)原理，另一種是用濕敏元件。目前在濕熱試驗(yàn)設(shè)備中用得較多的還是采用干濕球溫度計(jì)原理的測(cè)濕方法。

 

2、選用溫度計(jì)作干濕球測(cè)量元件時(shí)，要注意選擇形狀、規(guī)格和性能一致的溫度計(jì)組成對(duì)。

 

3、溫濕度誤差包括了箱溫的波動(dòng)度(由控制造成的)，均勻度(由箱體通風(fēng)和結(jié)構(gòu)造成的)及測(cè)試儀器三方面誤差之和。

 

六 為什么大部分產(chǎn)品都要做濕熱測(cè)試？

 

在可靠性實(shí)驗(yàn)中，濕度一般施加在高溫段，在對(duì)濕度誘發(fā)的故障機(jī)理分析的同時(shí)要考慮高溫及后期的低溫的綜合作用。在機(jī)械特性方面，濕氣侵入材料的表面進(jìn)材料分解、長霉及形變等。

 

如果和高溫同時(shí)作用，絕緣材料的吸濕加快，甚至?xí)a(chǎn)生吸附、擴(kuò)散及吸收現(xiàn)象和呼吸作用，使材料表面腫脹、變形、起泡、變粗，還會(huì)使活動(dòng)部件摩擦增加甚至卡死；在電氣方面，由于潮濕，在溫度變化時(shí)容易產(chǎn)生凝霜現(xiàn)象，從而造成電氣短路。

 

潮濕引起的有機(jī)材料的表面劣化也會(huì)導(dǎo)致電性能的劣化，同時(shí)在高溫下潮濕還會(huì)導(dǎo)致接觸部件的觸點(diǎn)污染，使觸點(diǎn)接觸不良。

 

濕度誘發(fā)的主要故障模式有：1、電氣短路；2、活動(dòng)元器件卡死；3、電路板腐蝕；4、表層損壞；5、絕緣材料性能降低等。

 

 

另外，對(duì)于其它類型的環(huán)境應(yīng)力和所能激發(fā)的故障類型也有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)中施加綜合應(yīng)力比施加單一應(yīng)力更能有效地加法產(chǎn)品的缺陷，因?yàn)槟骋画h(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品的影響會(huì)隨著另一種環(huán)境因素誘發(fā)得到加強(qiáng)并導(dǎo)致失效。

 

這就要求，在對(duì)具體產(chǎn)品進(jìn)行RET時(shí)，必須深入分析各類型應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品各類型缺陷作用的機(jī)理，確定RET中各種應(yīng)力的優(yōu)秀綜合方式。

 

執(zhí)行與滿足標(biāo)準(zhǔn)

 

GB/T 11158-2008 高溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件；

 

GB/T 10589-2008 低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件；

 

GB/T 10592-2008 高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件；

 

GB/T 10586-2006 濕熱試驗(yàn)箱技術(shù)條件；

 

GB/T 5170.1-1995 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法 總則

 

GB/T 5170.2-1996 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法 溫度試驗(yàn)設(shè)備

 

GB/T 5170.5-1996 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法 濕熱試驗(yàn)設(shè)備

 

GB/T 5170.18-1996 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備基本參數(shù)檢定方法 溫度/濕度組合循環(huán)試驗(yàn)設(shè)備

 

GB/T 2421-1999 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第1部分：總則

 

GB/T 2422-1995 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 術(shù)語

 

GB/T 2423.1-2001 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫

 

（idt IEC 60068-2-1：1990）；

 

GB/T 2423.2-2001 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)B：高溫

 

（idt IEC 60068-2-2：1974）；

 

GB/T 2423.3-2006 電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Cab：恒定濕熱試驗(yàn)(IEC 60068-2-78：2001，IDT)；

 

GB/T 2423.34-2005電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Z/AD：溫度/濕度組合循環(huán)試驗(yàn)。(idt IEC 60068-2-38：1974)；

 

GB/T 2423.4-1993 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)Db：交變濕熱試驗(yàn)方法(eqv IEC 60068-2-30：1980)；

 

GB/T 2423.9-1989 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程 試驗(yàn)Cb：設(shè)備用恒定濕熱試驗(yàn)方法

 

GB/T 2424.1-2005電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 高溫低溫試驗(yàn)導(dǎo)則 (idt IEC 60068-3-1：1974)；

 

GB/T 2424.2-2005電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 濕熱試驗(yàn)導(dǎo)則 (idt IEC 60068-3-4：2001)；

 

GB/T 2424.5-2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 溫度試驗(yàn)箱性能確認(rèn) (idt IEC 60068-3-5：2001)；

 

GB/T 2424.6-2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 溫度/濕度試驗(yàn)箱性能確認(rèn) (idt IEC 60068-3-6：2001)；

 

GB/T 2424.7-2006電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 試驗(yàn)A和B（帶負(fù)載）用溫度試驗(yàn)箱的測(cè)量

 

(idt IEC 60068-3-7：2001)；

 

GJB150-1-86 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 總則

 

GJB150-3-86 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 高溫試驗(yàn)

 

GJB150-4-86 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 低溫試驗(yàn)

 

GJB150-9-86 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 濕熱試驗(yàn)

 

 

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