溫度試驗方案設計及試驗開展常被忽略的兩個要素

中國工程物理研究院電子工程研究所 李果 L IGu o

溫度試驗方案設計及試驗開展常被忽略的兩個要素

中國工程物理研究院電子工程研究所 李果 L IGu o

溫度試驗是可靠性試驗里面最重要的試驗。通常認為，影響溫度試驗效果的要素有溫度、停留時間、溫變率等。而實際上，在試驗方案設計和試驗開展中，還有兩個方面常常被忽略，即溫度箱風速、樣品的擺放。不考慮這兩個要素，容易造成欠試驗或過試驗，達不到規定的激發和驗證要求。本文通過試驗分析了溫度箱風速、樣品的擺放對產品的影響，并分別給出相應規避策略。

溫度試驗；風速；擺放；過試驗；欠試驗

1.言

電子產品的研發、試制和生產過程中，可靠性試驗起著至關重要的作用，激發產品設計、工藝、器件、結構等方面的缺陷，驗證環境適應能力及可靠性水平，保證產品從設計到量產的最終高可靠。可靠性試驗有氣候、力學、綜合三大類，如溫度試驗、振動試驗、溫度+振動綜合試驗等。而在可靠性試驗里面，溫度類試驗用得最多、最廣，有很多電子產品的溫度類試驗比重達到80%。

溫度類試驗主要有高溫試驗、低溫試驗、溫度循環試驗、溫度沖擊等等。通常認為，影響溫度類試驗效果的主要有溫度、停留時間、溫變率等。而事實上，在試驗方案設計和試驗開展中，還有兩個方面常常被忽略，即溫度箱內風速、樣品的擺放。不考慮這兩個因素，容易造成欠試驗或過試驗，達不到規定的激發和驗證要求，還會損傷產品。

2.驗箱風速對試驗的影響及規避策略

2.1.響分析

不同的溫箱有不同規格的風速，如快速溫變箱的風速大于3m/s、低風速試驗箱的風速小于0.3m/s等。風速對箱體溫度的平衡、試驗品內外溫度的平衡的影響很大。

為分析風速的影響，選取兩種不同規格的溫箱、兩種不同類型的產品開展熱測試。測試情況見表1、表2、表3所示。

表1.封產品、快速溫變箱熱測試數據(溫度4 0℃)

該密封產品沒有風扇，靠產品的表面散熱。從表1的數據可以看出：在溫度40℃下，有風的情形下，產品內部溫升10℃左右；在無風的情形下，產品內部溫升30℃左右。兩種情形相差20℃左右。

表2.封產品、低風速溫箱熱測試數據(溫度4 0℃)

從表2的數據可以看出：在溫度40℃下，有風的情形下，產品內部溫升25℃左右；在無風的情形下，產品內部溫升30℃左右。兩種情形相差5℃左右。

綜合表1和表2的數據，不同的風速影響不一樣，風速越大影響越大。

表3.框產品、快速溫變箱熱測試數據(溫度4 0℃)

該插框（非密封）產品內無風扇，通過內部風道散熱。表3的數據表明，對插框產品，溫箱的風速對產品內部的溫升影響相對要小，平均僅3.4℃左右（低風速情形下影響更小），而同樣情形下的密封產品，平均為20℃左右。

前面的表1、表2、表3均為高溫下的測試情況，同樣，筆者對同樣的溫箱、同樣的產品進行了低溫下的溫升對比測試，發現風速對低溫試驗下的影響很小，即無風測試數據和有風測試數據相差很小，大概1～2℃。

2.2.避策略

在電子產品的可靠性設計指標中，常常可以看到，高溫規格為X X℃，低溫規格為……。這些規格是要求在無風的情況下，產品在該溫度下的工作能滿足規定要求。顯然，如果不考慮風速，則容易造成欠試驗。

從2.1中風速的影響分析中可以看到，風速主要對高溫影響大，對低溫影響很小；對密封產品影響大，對插框（非密封）產品影響小。因此，溫度類試驗的方案設計中（特別是針對密封產品），高溫的設置必須考慮溫度補償，即溫度箱風速造成影響的補償。通過溫度補償來規避溫度箱的影響。

補償溫度的計算方法如下：

△ =無風-有風

式中：△T-補償溫度

T無風-無風情況下產品內的平均溫升

T有風-有風情況下產品內的平均溫升

例如，某密封自散熱電子產品，需驗證其是否滿足40℃的高溫規格。則在驗證試驗前，開展了以下系列工作：

a)確定溫度箱風速的影響：測試出40℃、無風情形下，產品內的平均溫升為67℃；有風情形下，產品內的溫升為52℃.（無風情形只需要給產品加一個擋風罩即可。）

b)確定補償溫度：67-52＝15℃

c)高溫試驗驗證剖面設計：規格溫度40℃+補償溫度15℃＝55℃，即驗證40℃，溫度箱需設置為55℃。

注：如換溫度箱，哪怕溫箱的風速一樣，均需重新測試，確定適合該溫箱的補償溫度。

3.品擺放的影響及規避策略

3.1.放位置的影響分析

在驗證風速影響的同時，對箱內不同擺放位置樣品的表現情況亦進行了測試。選取密封樣品，測試情況如表4所示：

表4.品不同擺放位置的熱測試數據(箱內風速3 m/s)

從上面的數據可以看出，不同的擺放位置，溫升是不一樣的，最大和最小相差6.3℃。靠進風口位置的產品，可能造成欠試驗；而貼在箱內壁的產品，可能造成過試驗。

3.2.放量的影響分析

溫箱內樣品的數量對產品內部溫升亦有影響。在對某密封產品（發熱產品）開展篩選試驗時，放置不同的樣本量，熱測試結果如表5所示：

從表5的數據可以看出，產品占箱內容積不高于10%時，溫升差距很小；但超過10%（如達20%）時，溫升增加了4℃以上。

3.3.避策略

從3.1和3.2的分析，發現樣品在溫箱的擺放位置、箱內的樣品量均影響產品的內部溫升。為保證最佳的試驗效果，需正確放置試驗樣品及樣品量，遵從以下幾點：

a)樣品不能放在風口處，以免堵塞出風口和回風口；

b)樣品不能貼在箱內壁和底部，必須離箱壁或底部10cm以上；

c)必須給箱子的溫度傳感器留出一定距離，以保證試驗溫度的正確；

d)多個樣品應盡量放在同一平面上；

e)對發熱樣品，所有樣品的總體積應不大于試驗箱有效容積的10%；對于不發熱樣品，所有樣品的總體積應不大于試驗箱有效容積的20～ 35%。

4.束語

在開展溫度類試驗時，試驗箱的風速影響及樣品擺放（即擺放位置、擺放量）的影響常常被忽視，很容易導致欠試驗或過試驗。因此，引入合適的溫度補償，合理放置試驗樣品，亦是保證試驗效果的有效措施之一。

[1]何國偉.可靠性試驗技術[M].國防工業出版社，1 9 9 5

[2]雷江濤.魚雷電子產品環境引力篩選方法分析[J].魚雷技術，2 0 0 4

The Two Often Overlooked Elements of Temperature Test Design and Running

The temperature test is the most important reliability test.Generally we consideredthe affection elements of the temperature test results,is the temperature,holding time,temperature change rate and so on.Actually,in experimental design and running,there are two aspects are often neglected,that the temperature box wind speed and sample placed.Do not consider these two elements,easily lead to fewer tests or over test,reaching less than the required excitation and validation requirements.In this paper,we carry out tests,analysis the influence of the temperature boxes wind speed and the samples placed,and give the corresponding avoidance strategy.

temperature test； wind； p laced； less test； over test

李果（1 9 8 1～），男，四川綿陽，工程師，碩士，主要從事環境試驗技術研究工作。