元器件温度循环试验,也称为热循环试验、高低温循环试验

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一、概念

温度循环试验,也称为热循环试验、高低温循环试验,将试验样品暴露于预设的高低温交替的试验环境中所进行的可靠性试验。丹泊仪器高低温湿热交变试验箱可满足此实验目的。
温度循环试验适用于揭示评估由剪切应力所引起的“蠕变-应力释放”疲劳失效机理和可靠性,在焊点的失效分析和评价方面应用广泛。
二、试验目的
温度循环试验是验证模拟温度交替变化环境对电子元器件的机械性能及电气性能影响的试验,考核电子元器件在短期内反复承受温度变化的能力及不同结构材料之间的热匹配性能,暴露元器件潜在的材料缺陷和制造质量缺陷,消除早期失效,提高产品可靠性。
三、试验原理
电子元器件在实际使用中可能会遇到温差变化比较大的环境条件。温度循环试验通过设定的试验应力曲线,使元器件在短期内反复承受极端高、低温变化应力,以及极端温度交替突变影响,从而暴露出元器件因材料热胀冷缩性能不匹配、内引线和管芯涂料温度系数不匹配、芯片裂纹、接触不良和制造工艺等原因而造成的失效并加以剔除。
四、试验设备
高低温湿热交变试验箱
温度循环试验一般采用高低温交变试验箱或高低温交变湿热试验箱进行试验,市场上的温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况,普遍的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱,其控制方式为:设定一个目标温度,试验箱具有自动恒温到目标温度的能力,高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序,试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程,并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内,精确控制升温、降温的速率。
五、试验方法
温度循环的技术指标包括:高温温度、高温保持时间、下降速率、低温温度、低温保持时间、上升速率、循环次数。试验的严苛程度取决于高/低温、湿度和曝露持续时间。
测试参考标准有GB/T 2423.3,IEC 60068-2-78,GB/T 2423.4,IEC 60068-2-30,EIA 364,MIL-STD-810F等。
常见温循试验曲线如下图所示。
六、失效模式
元器件温度循环试验可暴露的失效模式有封装的密封性、引线键合、管芯焊接、硅片(裂纹)和PN结缺陷。
七、注意事项
根据国军标GJB1027A-2005中对温度循环试验的规定,在非密封性系统试验时,应采取措施避免在低温时产品表面和内部产生结露。在实际试验中,因为没有采取相应的措施,导致结露产生的水滴对试验中产品造成了损坏。为了避免结露对试验产品造成的损坏,需要了解结露产生的原因,采取正确的方法防止结露的产生。
在工业上,常用的空气干燥方法有化学法、冻结法和吸附法。
1.化学法干燥空气是以固体苛性、苛性钾、氯化钙等能从空气中有效地吸收水分的特性为基础。在实际试验过程中,由于这些化学吸收剂的化学特性,不适用于高低温试验中。
2.冻结法干燥空气是通过制冷的方法,使空气通过表面温度低于被冷却空气的露点温度,空气在冷却过程中有一部分水析出,从而达到干燥空气的目的。冻结法干燥器具有流量大、结构简单、除湿量大等优点,但其缺点是噪音大、压力露点高等。
3.吸附法干燥空气是利用具有吸湿性能的吸附剂来吸收空气中的水分以达到干燥的目的,常用的吸附剂有硅胶、分子筛、活性氧化铝。空气的温度对吸附剂的吸附能力有重大影响,温度升高,吸附剂吸附容量减少,在相对湿度<30%时,分子筛的吸水量比硅胶和活性氧化铝都高,随着相对湿度的下降,分子筛的优越性越显著;但在相对湿度>40%时最好用硅胶。吸附剂的再生方法以往采用加热再生,目前则用变压吸附技术;此外还发展了微热再生,用加热设备提高逆向冲洗再生气的温度,然后去再生吸附剂,这样可以延长工作周期,在同样干燥度下,再生气耗量可以降低。微热再生方法综合运用了变温吸附和变压吸附的长处,有明显的优越性。吸附法干燥器具有压力露点低、噪音小、体积小和节能等优点。


2018年11月15日 11:38
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