溫度試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)開展常被忽略的兩個(gè)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(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)開展常被忽略的兩個(gè)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(yàn)是可靠性試驗(yàn)里面最重要的試驗(yàn)。通常認(rèn)為，影響溫度試驗(yàn)效果的要素有溫度、停留時(shí)間、溫變率等。而實(shí)際上，在試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)開展中，還有兩個(gè)方面常常被忽略，即溫度箱風(fēng)速、樣品的擺放。不考慮這兩個(gè)要素，容易造成欠試驗(yàn)或過試驗(yàn)，達(dá)不到規(guī)定的激發(fā)和驗(yàn)證要求。本文通過試驗(yàn)分析了溫度箱風(fēng)速、樣品的擺放對產(chǎn)品的影響，并分別給出相應(yīng)規(guī)避策略。

溫度試驗(yàn)；風(fēng)速；擺放；過試驗(yàn)；欠試驗(yàn)

1.言

電子產(chǎn)品的研發(fā)、試制和生產(chǎn)過程中，可靠性試驗(yàn)起著至關(guān)重要的作用，激發(fā)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、器件、結(jié)構(gòu)等方面的缺陷，驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)能力及可靠性水平，保證產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的最終高可靠?？煽啃栽囼?yàn)有氣候、力學(xué)、綜合三大類，如溫度試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)、溫度+振動(dòng)綜合試驗(yàn)等。而在可靠性試驗(yàn)里面，溫度類試驗(yàn)用得最多、最廣，有很多電子產(chǎn)品的溫度類試驗(yàn)比重達(dá)到80%。

溫度類試驗(yàn)主要有高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)、溫度沖擊等等。通常認(rèn)為，影響溫度類試驗(yàn)效果的主要有溫度、停留時(shí)間、溫變率等。而事實(shí)上，在試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和試驗(yàn)開展中，還有兩個(gè)方面常常被忽略，即溫度箱內(nèi)風(fēng)速、樣品的擺放。不考慮這兩個(gè)因素，容易造成欠試驗(yàn)或過試驗(yàn)，達(dá)不到規(guī)定的激發(fā)和驗(yàn)證要求，還會損傷產(chǎn)品。

2.驗(yàn)箱風(fēng)速對試驗(yàn)的影響及規(guī)避策略

2.1.響分析

不同的溫箱有不同規(guī)格的風(fēng)速，如快速溫變箱的風(fēng)速大于3m/s、低風(fēng)速試驗(yàn)箱的風(fēng)速小于0.3m/s等。風(fēng)速對箱體溫度的平衡、試驗(yàn)品內(nèi)外溫度的平衡的影響很大。

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

表1.封產(chǎn)品、快速溫變箱熱測試數(shù)據(jù)(溫度4 0℃)

該密封產(chǎn)品沒有風(fēng)扇，靠產(chǎn)品的表面散熱。從表1的數(shù)據(jù)可以看出：在溫度40℃下，有風(fēng)的情形下，產(chǎn)品內(nèi)部溫升10℃左右；在無風(fēng)的情形下，產(chǎn)品內(nèi)部溫升30℃左右。兩種情形相差20℃左右。

表2.封產(chǎn)品、低風(fēng)速溫箱熱測試數(shù)據(jù)(溫度4 0℃)

從表2的數(shù)據(jù)可以看出：在溫度40℃下，有風(fēng)的情形下，產(chǎn)品內(nèi)部溫升25℃左右；在無風(fēng)的情形下，產(chǎn)品內(nèi)部溫升30℃左右。兩種情形相差5℃左右。

綜合表1和表2的數(shù)據(jù)，不同的風(fēng)速影響不一樣，風(fēng)速越大影響越大。

表3.框產(chǎn)品、快速溫變箱熱測試數(shù)據(jù)(溫度4 0℃)

該插框（非密封）產(chǎn)品內(nèi)無風(fēng)扇，通過內(nèi)部風(fēng)道散熱。表3的數(shù)據(jù)表明，對插框產(chǎn)品，溫箱的風(fēng)速對產(chǎn)品內(nèi)部的溫升影響相對要小，平均僅3.4℃左右（低風(fēng)速情形下影響更小），而同樣情形下的密封產(chǎn)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(chǎn)品進(jìn)行了低溫下的溫升對比測試，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速對低溫試驗(yàn)下的影響很小，即無風(fēng)測試數(shù)據(jù)和有風(fēng)測試數(shù)據(jù)相差很小，大概1～2℃。

2.2.避策略

在電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)中，常?？梢钥吹?，高溫規(guī)格為X X℃，低溫規(guī)格為……。這些規(guī)格是要求在無風(fēng)的情況下，產(chǎn)品在該溫度下的工作能滿足規(guī)定要求。顯然，如果不考慮風(fēng)速，則容易造成欠試驗(yàn)。

從2.1中風(fēng)速的影響分析中可以看到，風(fēng)速主要對高溫影響大，對低溫影響很小；對密封產(chǎn)品影響大，對插框（非密封）產(chǎn)品影響小。因此，溫度類試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)中（特別是針對密封產(chǎn)品），高溫的設(shè)置必須考慮溫度補(bǔ)償，即溫度箱風(fēng)速造成影響的補(bǔ)償。通過溫度補(bǔ)償來規(guī)避溫度箱的影響。

補(bǔ)償溫度的計(jì)算方法如下：

△ =無風(fēng)-有風(fēng)

式中：△T-補(bǔ)償溫度

T無風(fēng)-無風(fēng)情況下產(chǎn)品內(nèi)的平均溫升

T有風(fēng)-有風(fēng)情況下產(chǎn)品內(nèi)的平均溫升

例如，某密封自散熱電子產(chǎn)品，需驗(yàn)證其是否滿足40℃的高溫規(guī)格。則在驗(yàn)證試驗(yàn)前，開展了以下系列工作：

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

b)確定補(bǔ)償溫度：67-52＝15℃

c)高溫試驗(yàn)驗(yàn)證剖面設(shè)計(jì)：規(guī)格溫度40℃+補(bǔ)償溫度15℃＝55℃，即驗(yàn)證40℃，溫度箱需設(shè)置為55℃。

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

3.品擺放的影響及規(guī)避策略

3.1.放位置的影響分析

在驗(yàn)證風(fēng)速影響的同時(shí)，對箱內(nèi)不同擺放位置樣品的表現(xiàn)情況亦進(jìn)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(shù)據(jù)(箱內(nèi)風(fēng)速3 m/s)

從上面的數(shù)據(jù)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℃?？窟M(jìn)風(fēng)口位置的產(chǎn)品，可能造成欠試驗(yàn)；而貼在箱內(nèi)壁的產(chǎn)品，可能造成過試驗(yàn)。

3.2.放量的影響分析

溫箱內(nèi)樣品的數(shù)量對產(chǎn)品內(nèi)部溫升亦有影響。在對某密封產(chǎn)品（發(fā)熱產(chǎn)品）開展篩選試驗(yàn)時(shí)，放置不同的樣本量，熱測試結(jié)果如表5所示：

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，產(chǎn)品占箱內(nèi)容積不高于10%時(shí)，溫升差距很??；但超過10%（如達(dá)20%）時(shí)，溫升增加了4℃以上。

3.3.避策略

從3.1和3.2的分析，發(fā)現(xiàn)樣品在溫箱的擺放位置、箱內(nèi)的樣品量均影響產(chǎn)品的內(nèi)部溫升。為保證最佳的試驗(yàn)效果，需正確放置試驗(yàn)樣品及樣品量，遵從以下幾點(diǎn)：

a)樣品不能放在風(fēng)口處，以免堵塞出風(fēng)口和回風(fēng)口；

b)樣品不能貼在箱內(nèi)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(yàn)溫度的正確；

d)多個(gè)樣品應(yīng)盡量放在同一平面上；

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

4.束語

在開展溫度類試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)箱的風(fēng)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(dǎo)致欠試驗(yàn)或過試驗(yàn)。因此，引入合適的溫度補(bǔ)償，合理放置試驗(yàn)樣品，亦是保證試驗(yàn)效果的有效措施之一。

[1]何國偉.可靠性試驗(yàn)技術(shù)[M].國防工業(yè)出版社，1 9 9 5

[2]雷江濤.魚雷電子產(chǎn)品環(huán)境引力篩選方法分析[J].魚雷技術(shù)，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(huán)境試驗(yàn)技術(shù)研究工作。