液态温冲试验_【CMA/CNAS认证】_中科光析科学技术研究所

液态温冲试验技术综述

液态温冲试验，又称液体热冲击试验或流体热冲击试验，是一种利用高低温液体介质对试验样品进行快速、剧烈温度变化的可靠性测试方法。该试验旨在评估产品在遭受极端温度快速变化时的耐受能力，以及其材料、结构、电气性能和功能的稳定性。它模拟了产品在运输、存储或使用过程中可能遇到的严酷环境条件，如从寒冷室外环境迅速进入温暖室内，或电子设备在启动瞬间产生的内部高热。

1. 检测项目

液态温冲试验包含一系列具体的检测项目，用以全面评估样品的可靠性。

温度冲击耐受性： 核心检测项目。评估样品在经历设定的高低温液体介质快速切换后，是否出现开裂、变形、密封失效、材料分层或机械结构损坏等物理损伤。
电气性能验证： 在试验前、试验过程中（若可实现）及试验后，对样品的电气参数进行测量。包括但不限于：绝缘电阻、耐压强度、导通电阻、信号完整性、功能状态等，以判断温度冲击是否导致电气性能退化或功能失效。
材料相容性与老化评估： 检测样品所用材料（如塑料、橡胶、金属、陶瓷、PCB板材等）在经过多次热冲击后，是否发生脆化、软化、变色、膨胀系数失配导致的应力开裂，以及与液体介质接触可能产生的溶胀、腐蚀或化学降解。
焊点与互联可靠性： 针对电子组装件，重点评估印刷电路板（PCB）上的焊点、芯片封装、导线键合等互联部位在热应力下的疲劳寿命，是否存在裂纹、虚焊或断裂。
密封完整性： 对于具有密封要求的部件（如传感器、连接器、外壳），检验其在热胀冷缩效应下是否仍能保持有效的密封，防止液体侵入或内部介质泄漏。

2. 检测范围

液态温冲试验广泛应用于对温度变化敏感或需要在严苛温度环境下工作的产品和材料。

电子元器件与PCBAs： 集成电路（IC）、电阻、电容、电感、晶体管、印刷电路板组件（PCBA）等。
汽车电子与部件： 发动机控制单元（ECU）、传感器、执行器、车载信息娱乐系统、连接器、电池管理系统（BMS）部件等。
航空航天与军工产品： 机载电子设备、导航系统、军用通讯设备等对可靠性要求极高的领域。
光电器件： LED芯片及封装、激光器、光纤连接器等。
密封性元件： 各类传感器、继电器、阀门、防水连接器等。
新材料与复合结构： 评估新型材料或不同材料组合结构在热应力下的界面结合强度和可靠性。

3. 标准方法

液态温冲试验的实施严格遵循国内外相关标准，以确保测试结果的可比性和权威性。

国际标准：
- IEC 60068-2-14: 《环境试验第2-14部分：试验试验N：温度变化》。该标准是温度变化试验的基础国际标准，其中包含了通过液体介质进行快速温度变化的测试方法。
- MIL-STD-883: 《微电子器件试验方法标准》。方法1010“温度冲击”中详细规定了适用于军用微电路的温度冲击试验条件，包括液态温冲。
- MIL-STD-202: 《电子及电气元件试验方法》。方法107“温度冲击”适用于更广泛的电子电气元件。
- JESD22-A104: 《温度循环》。由JEDEC固态技术协会制定，广泛用于商用电子元器件的可靠性评估。
国家标准：
- GB/T 2423.22: 《环境试验第2部分：试验方法试验N：温度变化》。该标准等同采用IEC 60068-2-14，是中国国内进行温度变化试验的主要依据。
- GJB 360B: 《电子及电气元件试验方法》。其方法107“温度冲击试验”对军用元器件的液态温冲测试有明确要求。
- GJB 548B: 《微电子器件试验方法和程序》。包含与MIL-STD-883相对应的温度冲击测试方法。

这些标准通常规定了试验参数，如高温槽温度、低温槽温度、样品在槽中的浸泡时间、从一个槽转换到另一个槽的转换时间（通常要求极短，如小于10秒）、以及所需的循环次数。

4. 检测仪器

液态温冲试验的核心设备是液态温冲试验箱。

液态温冲试验箱：
- 结构与功能： 该设备通常由高温槽、低温槽、提篮式移动机构或样品切换机构、控制系统及液体循环系统组成。
  - 高温槽： 内置高温液体介质（如硅油、矿物油），通过加热器将其加热并维持在设定的高温点（例如+125°C, +150°C）。
  - 低温槽： 内置低温液体介质（如酒精、硅油、液态氟碳化合物），通过压缩机制冷系统将其冷却并维持在设定的低温点（例如-55°C, -65°C）。
  - 样品移动机构： 通过机械臂或提篮系统，将样品在两槽之间快速、自动地转移，确保转换时间满足标准要求，使样品瞬间暴露于极端温差中。
  - 控制系统： 采用可编程逻辑控制器（PLC）或计算机系统，用于精确设定和控制温度、浸泡时间、转换时间和循环次数，并实时记录和显示测试过程数据。
- 液体介质： 介质的选择至关重要，需具备合适的粘度、沸点、凝点、导热性和化学稳定性，且不与测试样品发生不良反应。常用介质包括硅油、氟化液、酒精等。