溫度循環(huán)試驗是一種模擬產(chǎn)品在不同溫度條件下工作和儲存狀態(tài)的可靠性測試方法，主要目的是評價產(chǎn)品在經(jīng)歷溫度波動時的穩(wěn)定性和反應能力，暴露潛在的材料缺陷和制造質量問題，加速老化因子以評估產(chǎn)品的可靠性與耐用性。該試驗通過設定高低溫溫度值、平衡時間、轉換時間及循環(huán)次數(shù)等參數(shù)，使產(chǎn)品經(jīng)歷一系列高、低溫循環(huán)，模擬實際使用中可能遇到的溫度變化環(huán)境（如電子設備在不同氣候區(qū)的使用、汽車在不同季節(jié)的行駛、航天器在太空中的極端溫差等）。

溫度循環(huán)試驗也叫熱循環(huán)試驗或高低溫循環(huán)試驗，將試驗樣品暴露于預設的高低溫交替環(huán)境中，評估產(chǎn)品在溫度變化條件下的適應能力與長期穩(wěn)定性。該試驗通過模擬產(chǎn)品在運輸、儲存或使用過程中可能經(jīng)歷的極端溫度波動，施加?熱應力?加速暴露潛在缺陷，尤其適用于檢測由不同材料熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配引發(fā)的疲勞失效，如焊點開裂、封裝分層、芯片斷裂等。

其核心原理基于“熱脹冷縮”的物理效應。當產(chǎn)品由不同材料（如PCB板、芯片、焊料）組成時，各種材料的熱膨脹系數(shù)（CTE，衡量材料受熱膨脹程度的指標）存在差異。在快速溫度變化中，這種差異會導致界面處產(chǎn)生機械應力（包括剪切應力和拉伸/壓縮應力），反復作用即引發(fā)熱疲勞，最終導致焊點開裂、芯片分層、密封失效等物理損傷。

試驗目的

- 暴露早期失效：通過溫度應力篩選，檢測組件熱接口、機械接口及熱控系統(tǒng)的可靠性，暴露出通電條件下儀器的早期故障。

- 評估熱機械性能：當產(chǎn)品各部件材料熱匹配較差或內應力較大時，試驗可引發(fā)機械結構缺陷導致的失效，模擬氣候條件變化對產(chǎn)品的影響。

主要技術指標條件

- 溫度范圍：根據(jù)標準和產(chǎn)品需求設定，如國產(chǎn)設備常用-80℃~+130℃，部分標準（如ISO16750-4針對汽車產(chǎn)品）設定-40°C至+125°C，航天器相關試驗可能達-73℃~+177℃。

- 溫度變化速率：空氣變溫速率最大可達23℃/min，樣品表面變溫速率最大15℃/min，部分標準要求不超過5°C/分鐘以更真實模擬環(huán)境變化。

- 循環(huán)次數(shù)：根據(jù)產(chǎn)品要求設定，一般為5次至1000次不等，如汽車電子可能需500次循環(huán)。

- 保持時間：在每個溫度極值（高溫或低溫）下保持一定時間，通常為30分鐘至2小時，確保樣品充分適應環(huán)境。

- 恢復時間?：指樣品從極端溫度恢復到常溫所需時間，需符合標準要求。

溫度循環(huán)試驗所需設備
一
核心試驗設備1溫度循環(huán)試驗艙（高低溫交變試驗箱）

?功能：提供可控的高低溫循環(huán)環(huán)境。

關鍵能力

?溫度范圍（如 -70℃ ~ +150℃）

?升降溫速率（如 1~15℃/min）

?溫度均勻性（≤ ±2℃）

?可編程多段循環(huán)（駐留時間、循環(huán)次數(shù)）

類型選擇

?一體式：適用于常規(guī)溫度循環(huán)（慢速/中速變化）

?兩箱式/三箱式：適用于溫度沖擊試驗（快速轉換，<10秒）

這是最核心、必不可少的設備。

二
輔助設備2冷卻系統(tǒng)（視試驗箱類型而定）

?風冷型：無需額外設備，但需良好通風環(huán)境。

水冷型（大功率或高溫環(huán)境使用）

?冷卻塔 或 工業(yè)冷水機

?循環(huán)水泵、軟化水裝置（防結垢）

?水管路及閥門組件

3供電與負載模擬裝置

?可編程直流/交流電源：用于被試品帶電運行（如電池管理系統(tǒng)、電機控制器）

?電子負載：模擬實際工作負載（如LED驅動、電源模塊）

?穿線面板/高壓接線端子：通過試驗艙壁安全引電

4樣品安裝與支撐結構

?耐高低溫樣品架（不銹鋼或工程塑料）

?振動隔離平臺（若需避免外部振動干擾）

?多角度固定夾具（適應不同形狀產(chǎn)品）

三
監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集設備5溫度傳感器與數(shù)據(jù)記錄儀

?T型熱電偶 或 PT100傳感器：貼附于被試品關鍵部位（如芯片、焊點、外殼）

多通道溫度記錄儀

?實時記錄樣品實際溫度（非艙內空氣溫度）

?驗證是否“熱透”

?用于失效分析與報告溯源

6性能監(jiān)測設備（按被試品類型配置）

?電子電路板：示波器、萬用表、LCR測試儀

?電池包：電池測試系統(tǒng)（如Arbin、Neware）、絕緣電阻測試儀

?傳感器：信號采集卡、DAQ系統(tǒng)

?通信設備：網(wǎng)絡分析儀、頻譜儀、誤碼率測試儀

注：建議在試驗過程中實時或周期性檢測功能性能，而非僅依賴試驗后檢測。

7視頻監(jiān)控系統(tǒng)（可選但推薦）

?艙內高清攝像頭（耐溫型）

?實時觀察樣品狀態(tài)（如冒煙、變形、結霜）

四
安全與保障設施8安全保護裝置

?獨立超溫保護器（硬件級）

?漏電保護開關、急停按鈕

?排氣/排煙管道（針對電池等高風險樣品）

9環(huán)境與場地配套

?電力供應：三相380V，容量匹配設備總功率（含啟動電流）

?接地系統(tǒng)：接地電阻 < 4Ω

?通風散熱空間：設備周圍預留≥1m維護與散熱通道

?防靜電地板（電子類產(chǎn)品試驗區(qū)域）

五
可選高級配置（按需）

?濕度控制模塊：若需進行溫濕循環(huán)試驗（如IEC 60068-2-30）

?液氮輔助降溫系統(tǒng)：實現(xiàn)超快降溫（用于熱沖擊）

?遠程監(jiān)控與LIMS集成：實驗室信息化管理，自動上傳試驗數(shù)據(jù)

?X射線檢測儀 / 切片分析設備：試驗后失效分析（焊點裂紋、分層等）

溫度循環(huán)試驗

具體步驟一
試驗前準備階段
01

明確試驗目的與依據(jù)

?確定試驗目標：篩選早期失效？驗證設計可靠性？滿足認證要求？

?選擇適用標準（如 GJB 150A-05、GB/T 2423.22 試驗 Na/Nb/Nc）

?定義驗收準則（如：功能正常、無結構損傷、參數(shù)漂移 ≤ X%）

02

制定試驗大綱


內容

?被試品（UUT）名稱、數(shù)量、狀態(tài)（新樣/老化樣）

試驗條件

?高溫極限（如 +125℃）

?低溫極限（如 -55℃）

?升降溫速率（如 10℃/min）

?高/低溫駐留時間（如 30 min）

?循環(huán)次數(shù)（如 200 次）

?是否帶電運行？是否加載負載？

?性能檢測點（初始、中間、最終）

03

樣品準備

?清潔、標識（編號、方向）

初始檢測

?外觀檢查（拍照存檔）

?功能測試（電性能、通信、機械動作等）

?關鍵參數(shù)記錄（如電阻、電壓、頻率、密封性）

04

設備與儀器校準

?溫度循環(huán)試驗艙：確認校準在有效期內

?溫度傳感器（熱電偶/PT100）：校準

?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源、負載設備：功能正常

二
試驗實施階段
05

安裝樣品

?將樣品放入試驗艙，避免遮擋風道

?固定牢靠，防止振動移位

?引出測試線纜（通過穿線孔，做好密封）

?在關鍵部位粘貼溫度傳感器（如芯片、焊點、外殼），用于監(jiān)測樣品實際溫度

重要：艙內空氣溫度 ≠ 樣品溫度！大質量樣品需更長駐留時間確?！盁嵬浮?。

06

設置試驗程序

在控制器中輸入試驗剖面，例如（GB/T 2423.22 試驗 Na）：

Step 1: 從室溫升至 +125℃，速率 10℃/min

Step 2: 在 +125℃ 保持 30 分鐘

Step 3: 從 +125℃ 降至 -55℃，速率 10℃/min

Step 4: 在 -55℃ 保持 30 分鐘

→ 完成 1 次循環(huán)

→ 重復 200 次

支持“斜坡-駐留”模式，不可使用瞬時跳變（除非做熱沖擊）。

07

啟動試驗并監(jiān)控

?啟動程序，開始自動運行

實時監(jiān)控

?艙內溫度曲線

?樣品實際溫度（通過數(shù)據(jù)記錄儀）

?被試品工作狀態(tài)（如帶電，需監(jiān)測電流、通信是否中斷）

?記錄異常事件（如超溫報警、斷電、冒煙）

建議全程視頻監(jiān)控（尤其對電池、高功率設備）。

三
試驗中檢測（可選但推薦）
08

中間性能檢測

?在特定循環(huán)次數(shù)后暫停試驗（如每 50 次）

取出樣品（在線檢測）

?快速功能測試

?外觀復查（是否有裂紋、變形、漏液）

?關鍵參數(shù)復測

?記錄數(shù)據(jù)，判斷是否繼續(xù)試驗

注意：頻繁開門會影響艙體壽命和溫度穩(wěn)定性，應盡量減少。

四
試驗后處理階段
09

恢復與最終檢測

?試驗結束后，將樣品在標準大氣條件下恢復（通常 224 小時，25±3℃，RH 4575%）

進行最終檢測

?外觀檢查：裂紋、脫漆、銹蝕、密封失效

?功能測試：是否正常開機、通信、動作

?性能參數(shù)：對比初始值，計算漂移量

?電氣安全：絕緣電阻、耐壓測試（如適用）

10

失效分析（如有失效）


對失效樣品進行深入分析

?X光檢測（焊點開裂）

?切片分析（分層、空洞）

?掃描電鏡（SEM）觀察微觀裂紋

?故障復現(xiàn)與根因定位

五
報告編制與歸檔
11

編寫試驗報告


內容包括

?試驗依據(jù)標準

?被試品信息

?試驗設備型號與校準狀態(tài)

?詳細試驗條件（溫度曲線圖、循環(huán)次數(shù)）

?樣品實際溫度數(shù)據(jù)（附圖表）

?初始/中間/最終檢測結果

?失效描述與照片（如有）

?結論：通過 / 不通過 / 條件通過

報告需由試驗工程師、審核人簽字，必要時加蓋CNAS章。

相關標準

- 國軍標GJB1027A-2005、GJB150A；國際標準MIL-STD-810、ISO16750-4；國家標準GB/T2423.22（對應IEC60068-2-14）、GB/T2421-2001、GB/T2423.2-2001等。

PART.01注意事項

?樣品熱容量影響實際溫變速率：大質量樣品需延長駐留時間確保“熱透”。

?避免冷凝：試驗中因溫度變化大，從高溫到低溫轉換時，若艙內濕度高，可能在樣品表面結露，可能導致產(chǎn)品損壞。國軍標要求非密封系統(tǒng)試驗時避免低溫時產(chǎn)品表面和內部結露，實際中可通過空氣干燥方法（如凍結法，利用制冷使空氣析出水分）預防，化學法因不適用于高低溫試驗而較少使用。建議使用干燥空氣或氮氣吹掃。

?帶電測試需謹慎：高溫下絕緣性能下降，可能引發(fā)短路，需評估安全風險。

?數(shù)據(jù)記錄不可少：建議全程記錄樣品實際溫度（非艙溫），用于失效分析。

?設備差異：交變試驗箱可實現(xiàn)溫度循環(huán)程序控制，具備恒定試驗箱功能，但成本更高；恒定高低溫試驗箱僅能維持設定溫度，無法進行循環(huán)測試。

主要應用領域

半導體與芯片封裝?：驗證BGA、FC等封裝結構的焊點可靠性。

汽車電子?：滿足AEC-Q100、AEC-Q200等標準要求，評估元器件在-40℃至150℃環(huán)境下的耐久性。

航空航天與軍工?：依據(jù)GJB 150.3A、MIL-STD-883G等標準進行高可靠性驗證。

消費電子?：智能手機、筆記本電腦等產(chǎn)品在日常溫變環(huán)境中的穩(wěn)定性測試。

新能源?：鋰電、光伏組件在溫度交變下的電化學性能與結構完整性評估。

溫度循環(huán)試驗，是人類工程智慧對“熱應力”這一隱形殺手發(fā)起的主動挑戰(zhàn)。它以可控的溫變速率、精確的循環(huán)次數(shù)，拷問著每一處焊點、每一層材料的抗疲勞極限。從消費電子的可靠性驗證，到車規(guī)芯片的AEC-Q100認證；從航天器的熱循環(huán)篩選，到光伏組件的壽命評估——每一次高低溫的交變，都在為產(chǎn)品的長期穩(wěn)定運行筑起防線。