基于電子產品濕熱對絕緣及介電強度影響的探討

莊少紅，譚耀堂

（中國電器科學研究院有限公司，廣州 510300）

引言

電子產品的質量問題，關系到產品整機的質量和壽命安全。特別是在南方地區，潮濕氣候的天氣比例相對比其他地方出現潮濕頻次高，對于電子產品安全壽命影響較大。研究發現，環境溫度與濕度的變化事故導致電子產品在日常生活中出現故障、電氣短路、光學元件成像傳輸質量發生下降現象的主要原因。本文將針對上述現象設置試驗并進行案例分析。

以標準GB 8898 音頻、視頻及類似電子產品 安全要求 的濕熱試驗條件及要求：

產品的安全不得受到在預期使用中可能出現的濕熱環境的損害。

如果有電纜進線口，要將其打開。如果具有敲落孔，則應當將它們敲掉。

能手動拆除的電氣組件、蓋子和其他零部件要拆除，而且如有必要，要隨同主件一起承受濕熱處理。

產品在放入潮濕箱之前，首先應置于溫度在規定的溫度與高于規定的溫度4 K之間的環境中，

產品應承受（40±2）℃，相對濕度為 （93±3）%的濕熱處理。

產品在潮濕箱內放置時間為：

——預定在熱帶氣候下使用的產品：5 d（120 h）

——其他產品：2 d （48 h）

1 濕熱試驗對產品的失效模式

1.1 發生物理性能的變化

核心因素主要為吸附吸收效應的作用。影響材料體積膨脹，使密封產品的密封性能降低或遭到破壞，使產品表面的涂敷層發生剝落；隔熱材料的隔熱特性發生變化，復合材料分層，材料的彈性或塑性發生改變，從而吸濕材料性能和潤滑劑性能降低，凝露和游離水也因此而使光學器件表面模糊，熱傳遞特性發生變化，光學元件圖像傳輸質量而出現降低等變化。

1.2 發生表面化學性能的影響

核心因素主要為水分的吸收和擴散（滲透）作用。水分加速產品表面的化學反應，促使金屬產生氧化或電化學發生腐蝕，從而表面有效涂層和無機涂層的化學或電化學破壞，使表面潮氣和外來附著物相互作用而產生表面腐蝕層，只要有適宜的濕度條件或在產品表面產生凝露，那么將會導致不同程度的化學或電化學腐蝕。

1.3 發生電性能的變化

核心因素主要為凝露和吸附（滲透）作用。表面的電阻率下降的主要原因，主要在于絕緣材料的表面絕緣電阻下降，從而發生漏電現象。其次，電氣絕緣性能變化，損耗角增大，從而產生漏電流現象。對于整機產品而言，那么將會導致靈敏度降低、頻率漂移、電氣短路、光學元件成像傳輸質量發生下降等一些因素，凝露和游離水還會使電氣短路和損壞。

2 濕熱試驗主要案例

2.1 濕熱試驗后絕緣性能受影響案例

表1 以一組抽查試驗數據為案例。

表1 抽查試驗數據

不合格率案例分析見圖1。

圖1 濕熱48 h/120 h試驗后絕緣電阻 （MΩ）圖表曲線

濕熱48 h試驗后5# 絕緣電阻小于標準GB 8898規定要求2 MΩ；

濕熱120 h試驗后2# 、5# 絕緣電阻小于標準GB 8898規定要求2 MΩ；

2.2 濕熱試驗后介電強度受影響案例見圖2、圖3

圖2 3 000 V-1 min 擊穿 (指示燈亮)

圖3 樣品開關部位（擊穿）

2.3 案例分析

試驗證明：試驗條件，試驗模式以及試驗狀態相同，試驗嚴酷等級不同，經過濕熱試驗后，不合格率明顯增加，因此考核產品的合格率，需要根據產品使用環境條件而確定產品的嚴酷等級進行評估而篩選客觀合理的嚴酷等級進行試驗，切實做到既不加嚴，也不放寬，客觀合理評價。

3 凝露現象的產生及解決方案

研究分析發現，如果樣品溫度低于試驗箱內流動空氣的露點溫度，樣品上將會產生凝露。假設試驗箱內流動空氣的溫度為85 ℃，相對溫度為85 %，空氣的露點為80.9 ℃，出現凝露主要原因主要是樣品表面溫度低于80.9 ℃將會產生凝露。因此為了更好地防止出現凝露，在進行試驗前，首先應先把樣品溫度升到試驗箱內空氣溫度，這樣可以避免凝露的情況，下表是容易產生凝露的溫濕度點，僅供參考。

3.1 凝露現象的產生

以試驗條件：溫度范圍為85 ℃，濕度為85 %RH為案例：（備注：室溫→溫度變化率1 ℃/min）

1）在第2步程序中把溫度升高到85 ℃，假設濕度也升到85 %RH，這種情況樣品表面溫度可能保持低于凝露點，樣品表面將產生凝露，因此該程序僅僅是把溫度控制在85 ℃。第二步程序的長度，將按照樣品的熱容量變化而變化，目的是保證有足夠的時間使試驗箱內溫度穩定在85 ℃；

2）第3步再設定溫度85 ℃，相對濕度85 % 的程序，在這一步雖然濕度剛開始。但樣品表面溫度已達到85 ℃，因此樣品不會產生凝露，否則將會出現凝露。

3.2 防止產生凝露現象的方案 （下面以A、B模式進行對比）

A模式：防止樣品表面出現凝露的試驗程序設定的試驗結果：（詳見圖5，圖6）

圖5 A模式樣品工作正常(試驗狀態：通電)

圖6 A模式樣品工作正常(試驗168 h通電正常)

第1步程序設定：溫度：85 ℃，濕度：85 %RH；（備注：室溫→溫度變化率1 ℃/min）

在第2步程序中把溫度升高到85 ℃，假設濕度也升到85 %RH，這種情況樣品表面溫度可能保持低于凝露點，樣品表面將產生凝露，因此該程序僅僅是把溫度控制在85 ℃。第二步程序的長度，將按照樣品的熱容量變化而變化，目的是保證有足夠的時間使試驗箱內溫度穩定在85 ℃；

表2 溫度、相對濕度產生露點溫度明細表

圖4 溫度、相對濕度產生露點溫度分布圖

第3步再設定溫度85 ℃，相對濕度8 % 的程序，在這一步雖然濕度剛開始。但樣品表面溫度已達到85 ℃，因此樣品不會產生凝露。

B模式：未有防止樣品表面出現凝露的試驗程序設定的試驗結果：（詳見圖7，圖8）

圖7 B模式樣品工作正常(試驗狀態：通電)

圖8 B模式樣品已出現故障(試驗168 h 電氣短路失效)

第1步程序設定：溫度：85 ℃，濕度：85 %RH；（備注：室溫，溫度變化率1 ℃/min）

在第2步程序中把溫度升高到85 ℃，假設濕度也升到85 %RH，這種情況樣品表面溫度可能保持低于凝露點，樣品表面將產生凝露，因此該程序僅僅是把溫度控制在85 ℃。第二步程序的長度，將按照樣品的熱容量變化而變化；

第3步程序設為25 ℃，濕度75 %，由于程序沒有設定該試驗條件的暴露時間（樣品表面溫度可能未達到85 ℃這條件的溫濕度）然后，程序馬上設定降溫, 可能導致樣品出現凝露。

3.3 結論

上述案例可見，產品線需要結合標準方法的嚴酷等級進行試驗，同時試驗過程、試驗方法以及沉淀積累也是至關重要的環節，因此A模式和B模式方法進行對比，采用A模式試驗結果：通過，B模式試驗結果：不通過，試驗得出結果明顯不同。

4 結束語

試驗結果關鍵取決于幾個主要因素，首先是產品的質量；其次，試驗過程、試驗方法積累以及技術人員積累，精湛技術、深入掌握試驗方式方法等；第三，試驗嚴酷等級確定, 一個重要問題是承受不同事件的組合。此外，環境因素不僅是同時存在的，而且考慮其綜合效應。另外，時間壓縮和試驗加速是更有效的試驗開發的典型目的。難度在于能夠通過實際的試驗方法和嚴酷等級加速模擬正確的失效模式，僅供參考。