電子元器件濕熱試驗(yàn)

電子元器件的濕熱試驗(yàn)分為恒定濕熱試驗(yàn)和交變濕熱試驗(yàn)兩類。

恒定濕熱試驗(yàn)是為了確定元器件在高溫、高濕條件下工作或貯存適應(yīng)能力。而交變濕熱試驗(yàn)是用加速方式評(píng)估元器件及所用材料在炎熱和高濕條件（典型的熱帶環(huán)境）下抗退化效應(yīng)的能力。

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、試驗(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。

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

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。

交變濕熱試驗(yàn)箱組成示意圖

四、暴露缺陷

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。