剖析：光模塊可靠性試驗(yàn)之快速溫變?cè)囼?yàn)箱

現(xiàn)階段不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于快速溫變?cè)囼?yàn)箱有各自的名稱，導(dǎo)致溫變?cè)囼?yàn)箱的名稱混亂，在可靠性試驗(yàn)交流中經(jīng)常因?yàn)楦髯詤⒖嫉臉?biāo)準(zhǔn)不一樣導(dǎo)致誤解。因此結(jié)合光模塊的可靠性試驗(yàn)對(duì)快速溫變?cè)囼?yàn)進(jìn)行區(qū)分。

溫度變化分為兩種，一種是自然環(huán)境下的溫度變化，一種是人為引起的溫度變化。第一種溫度變化相對(duì)緩慢，第二種溫度變化速率各種情況都有，一般特指溫變率比較快的情況。

因?yàn)楣饽K的溫變?cè)囼?yàn)根據(jù)溫度變化率的不同導(dǎo)致有不同的試驗(yàn)?zāi)康模鶕?jù)溫變率的不同可以分為以下幾種試驗(yàn)：溫度循環(huán)，溫度沖擊，熱沖擊。

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

溫度循環(huán)試驗(yàn)箱的目的是驗(yàn)證產(chǎn)品在高低溫交替變化下受到的影響。

溫度沖擊試驗(yàn)箱的目的是驗(yàn)證產(chǎn)品經(jīng)受周圍大氣溫度的突然變化時(shí)的物理或性能的變化。

熱沖擊試驗(yàn)箱的目的是驗(yàn)證產(chǎn)品在突然遭受到極端溫度劇烈變化時(shí)的抵抗力和產(chǎn)生的影響。

這三個(gè)試驗(yàn)的區(qū)分點(diǎn)就是溫變率，“突然變化”和“劇烈變化”。

突然變化定義為“一分鐘內(nèi)大于等于10°的空氣溫度變化”；

劇烈變化定義為“環(huán)境溫度在10秒內(nèi)完成兩個(gè)極端溫度的轉(zhuǎn)換”。

二、試驗(yàn)用途

溫度循環(huán)用于篩選剔除產(chǎn)品的早期失效，也可用于釋放產(chǎn)品組裝中的應(yīng)力。主要用于產(chǎn)品量產(chǎn)階段。

溫度沖擊用于激發(fā)產(chǎn)品中潛在故障的工具，暴露產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷和工藝缺陷。主要用于研發(fā)階段。

熱沖擊用于利用超快速的溫度變化用于機(jī)械完整性驗(yàn)證。主要用于研發(fā)階段。

三、其他

這三個(gè)溫度變化試驗(yàn)在光模塊的整個(gè)生命周期過(guò)程中都會(huì)用到。據(jù)國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)的收集的數(shù)據(jù)分析，對(duì)電子產(chǎn)品的篩選效果最好的單應(yīng)力是溫度循環(huán)。在光模塊的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，一個(gè)是批量產(chǎn)品的老化階段，可以利用溫度循環(huán)和高溫加電兩個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行產(chǎn)品的篩選。先利用溫度循環(huán)進(jìn)行應(yīng)力釋放和工藝缺陷篩選，然后利用高溫加電進(jìn)行早期失效的篩選；二是將溫度循環(huán)和帶電連接起來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真自然環(huán)境下產(chǎn)品的工作情況，在這個(gè)試驗(yàn)前需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一定的預(yù)處理，產(chǎn)品工作情況需要進(jìn)行監(jiān)控，可以暴露一些可靠性試驗(yàn)中無(wú)法暴露的缺陷；三是將溫度循環(huán)和帶電連接起來(lái)作為可靠性項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷。后面兩種情況的溫變率一般比第一種情況設(shè)置的低一些。

溫度沖擊試驗(yàn)的溫變率較高，且溫變率范圍跨度太大，一般25C/min以下采用機(jī)械制冷方式，當(dāng)大于這個(gè)溫變率一般建議采用液氮來(lái)輔助制冷。對(duì)于光模塊的溫度沖擊可靠性試驗(yàn)，也是GR468說(shuō)的溫度循環(huán)試驗(yàn)，該試驗(yàn)原始標(biāo)準(zhǔn)出處要求是環(huán)境溫度需要在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)換，一般采用多箱試驗(yàn)箱，可以快速實(shí)現(xiàn)高低溫環(huán)境的轉(zhuǎn)換，但是產(chǎn)品的溫度要達(dá)到環(huán)境溫度需要一定的時(shí)間，并且這種可控的溫度變化使產(chǎn)品的溫變過(guò)程中在會(huì)產(chǎn)生局部的熱不平衡，導(dǎo)致互連失效，對(duì)于焊接，膠粘或機(jī)械連接都有很好的驗(yàn)證效果。

熱沖擊試驗(yàn)一般不是采用空氣作為溫變媒介，初期采用水作為溫變媒介時(shí)，要求試驗(yàn)必須是密封的產(chǎn)品，后續(xù)由科技的發(fā)展，新的溫變媒介的出現(xiàn)，對(duì)于常規(guī)產(chǎn)品可以進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)一般要考慮清潔步驟，防止溫變媒介帶來(lái)的性能誤差。這個(gè)試驗(yàn)與多箱體的溫度沖擊試驗(yàn)比較像，但是樣品在不同環(huán)境中的轉(zhuǎn)換時(shí)間更快，并且由于溫變媒介一般采用的時(shí)液體，樣品迅速浸沒(méi)后其本體溫度也會(huì)迅速達(dá)到環(huán)境溫度，溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間非常快。因此這個(gè)試驗(yàn)已經(jīng)脫離的氣候環(huán)境試驗(yàn)的范疇，一般是作為機(jī)械完整性試驗(yàn)的一種，驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性。

現(xiàn)階段有一個(gè)試驗(yàn)結(jié)合了上述三個(gè)試驗(yàn)的特點(diǎn)，就是HALT試驗(yàn)：產(chǎn)品上電，利用液氮來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫環(huán)境溫度的快速實(shí)現(xiàn)（高溫實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單），溫變率一般是60C/min，產(chǎn)品本體溫度可以迅速達(dá)到環(huán)境溫度，并且結(jié)合振動(dòng)試驗(yàn)，快速的對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和產(chǎn)品完整性進(jìn)行驗(yàn)證。這個(gè)試驗(yàn)在前期也講過(guò)，沒(méi)有通過(guò)的概念，本質(zhì)是加速暴露薄弱點(diǎn)或者材料缺陷，可以針對(duì)性的加強(qiáng)。

快速溫變?cè)囼?yàn)箱還需要注意一個(gè)要點(diǎn)，這些實(shí)驗(yàn)本質(zhì)都不是進(jìn)行產(chǎn)品耐高溫或低溫的試驗(yàn)項(xiàng)目，都是利用溫變的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的驗(yàn)證。所以產(chǎn)品在極限溫度條件的保持時(shí)間一般不需要太長(zhǎng)，需要產(chǎn)品整體都達(dá)到環(huán)境溫度，保證溫變的起點(diǎn)溫度，一般15分鐘（具體可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控來(lái)定義），而不是簡(jiǎn)單粗暴的規(guī)定的越長(zhǎng)越好，畢竟溫變?cè)囼?yàn)的成本比單純的高溫，低溫試驗(yàn)要高的多，耐高溫或低溫可以利用這兩個(gè)項(xiàng)目來(lái)執(zhí)行即可。