電子元器件濕熱試驗

電子元器件的濕熱試驗分為恒定濕熱試驗和交變濕熱試驗兩類。

恒定濕熱試驗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。而交變濕熱試驗是用加速方式評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的原理，試驗設(shè)備，可能暴露的缺陷及關(guān)鍵點。

一、五種現(xiàn)象

濕熱試驗中主要有5種物理現(xiàn)象分別是吸附，凝露，擴散，吸收和呼吸作用。

1、氣體分子(指水蒸氣分子)在空間運動可能碰撞固體物質(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，但它是在試驗溫度變化時產(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溫度時，水蒸氣便會在受試產(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濕度。在交變濕熱試驗的降溫階段，封閉外殼的內(nèi)壁比殼內(nèi)空氣降溫快、因此也會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

3、擴散是分子運動的一種物理現(xiàn)象。在擴散過程中，分子總是從濃度大的地方向濃度小的地方遷移。濕熱試驗中水蒸氣向濃度較低的材料內(nèi)部擴散的。擴散與絕對濕度、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，它可以由擴散、滲透或毛細(xì)管凝結(jié)三種物理過程綜合形成。擴散和滲透除了與試驗條件中的濕度(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)試驗溫度變化時，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)外還與試驗條件的溫度變化速率和溫度變化范圍有關(guān)。

二、試驗原理

1、恒定濕熱試驗恒定濕熱試驗是指溫度濕度試驗條件不隨時間變化的濕熱試驗。產(chǎn)品的受潮作用主要是由水蒸汽吸附、吸收和擴散三種物理現(xiàn)象引起，試驗樣品使用場所環(huán)境溫度變化不大，產(chǎn)品表面不會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象時應(yīng)選擇恒定濕熱試驗方法。

高溫和高濕度的同時作用，會加速金屬件的腐蝕和絕緣材料的老化。對于半導(dǎo)體器件，如果水汽滲透進(jìn)管芯，還會引起電參數(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之一。

2、交變濕熱試驗

交變濕熱試驗方法是指溫度濕度條件，在24小時內(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。當(dāng)試驗樣處于交變的高濕、高溫條件下時，水汽借助于溫度以擴散、熱運動、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、絕對濕度、時間有關(guān)（溫度越高，水分子的活動能越大，水分子越容易進(jìn)入器件內(nèi)部；絕對濕度越大，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交變作用，會加速金屬配件的腐蝕和絕緣材料的老化。

交變濕熱試驗與恒定濕熱試驗不同，它采用溫度循環(huán)來提高試驗效果，其目的在于提供一個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。試驗包括一個低溫子循環(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，通過測量電特性（包括擊穿電壓和絕緣電阻）或進(jìn)行密封試驗就可以揭示該退化現(xiàn)象。如果需要，交變濕熱試驗還可以對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)線和接點的抗電化學(xué)腐蝕的能力。

三、試驗設(shè)備

1、濕熱試驗的設(shè)備為濕熱試驗箱，恒定濕熱試驗采用恒定濕熱試驗箱，交變濕熱試驗需采用高低溫濕熱試驗箱。

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

在試驗箱中產(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。

交變濕熱試驗箱組成示意圖

四、暴露缺陷

濕熱試驗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、膨脹和機械性能）。

五、關(guān)鍵點

1、濕度測量是保證濕熱試驗準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，常用的兩種類型，一種是用干濕球溫度計原理，另一種是用濕敏元件。目前在濕熱試驗設(shè)備中用得較多的還是采用干濕球溫度計原理的測濕方法。

2、選用溫度計作干濕球測量元件時，要注意選擇形狀、規(guī)格和性能一致的溫度計組成對。

3、溫濕度誤差包括了箱溫的波動度(由控制造成的)，均勻度(由箱體通風(fēng)和結(jié)構(gòu)造成的)及測試儀器三方面誤差之和。