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温度循环(Temperature Cycling)介绍和温度冲击(Thermal Shock)

在实践中,发现会有温度冲击(Thermal Shock)和温度循环(Temperature Cycling)混淆的情况,如测试条件混用,测试标准混用。

一、温度循环Temperature Cycling)

温度循环(Temperature Cycling)是电子元器件、PCBA板、整机常见的环境可靠性试验,对于整机产品端的厂家来讲,一般都是直接测试整机。

具体做法是将样品在高低温极限值之间匀速升降温,高低温各自保持一定的时间,反复循环N次,利用不同材料热膨胀系数(CTE)不匹配产生周期性热机械应力,加速模拟出长期高低温切换场景使用下的失效缺陷。

需要注意的是,即便是整机,在做温度循环测试时,也是不上电工作的,上电工作是高低温煲机稳定性测试。

温度循环(Temperature Cycling)的标准是JESD22-A104,测试条件如下:

1、测试设备

单槽式高低温箱。高低温箱同一腔体匀速升降温,无冷热区快速切换,升降温速率可控。

2、测试温度

选择什么测试温度,由各自产品规定,比如普通消费电子产品可选择Condition A,车规类产品选择Condition G,有些企业还会自定义自己的企标。

 


温度循环测试温度范围

3、切换时间(ramp rate)

温度循环的切换时间较为缓慢,如规范中提到的15℃/min。例如Condition A从-55℃切换到85摄氏度,那么切换时间应该≥(85+55)/15=9.33min。如果做温度循环测试,Condition A条件下,温度切换时间是5分钟,这样切换时间过快,违背了标准的要求。

温度循环测试高低温切换时间

4、循环次数

JESD22-A104规范中没有规定温度循环的次数,循环次数在配套器件认证标准 JESD47、车规 AEC-Q100/Q101里规定了数值。例如JESD47规定半导体芯片温度循环做1000 cycles。

5、完整循环四阶段介绍

温度循环测试循环周期图

5.1, 低温恒温段(lower soak time):降到设定低温并保温,保证器件内部温度均匀;

5.2, 升温阶段(Ramp Up):线性匀速升温,行业通用速率1℃/min ~ 15℃/min

5.3, 高温恒温段(upper soak time)和低温恒温持续时间可以采用如下标准,比如Mode3是10分钟。

温度循环测试高低温保持时间

5.4, 降温阶段(Ramp Down),匀速回落至低温,完成一个完整循环。

二、温度冲击Thermal Shock)

温度冲击,也叫冷热冲击,是快速、极端高低温交替切换的可靠性加速测试,模拟产品在运输、户外、车载场景下短时间剧烈温变带来的应力破坏。不同材料(PCB、芯片、焊锡)热膨胀系数(CTE)不一致,急速温度骤变时界面产生巨大热机械应力,诱发失效。

温度冲击(Thermal Shock)也有说Temperature Shock,但以JESD22-A106B规范来讲,应该称为Thermal Shock。

温度冲击测试英文是Thermal Shock

在以前一直认为常见的温度冲击(Thermal Shock)使用的标准是JESD22-A106B,但仔细阅读标准后,发现标准里讲是把样品放在液体槽中。

规范中关于温度冲击测试介质是液体的描述

那么我们常见的空气中的冷热冲击实验采用的是什么标准呢?Jedec官方没有定义空气(AirtoAir)冷热冲击标准,可以综合JESD22A104和JESD22A106B形成空气冷热冲击测试标准,如测试报告可以特别标明测试方法: "Test method: JESD22A104F.01, test conditions referenced to JESD22A106B.01".

JEDEC 没有对应的文件,还可以选择IEC60068214 Test Na做参考,但了解不多,在此不多做介绍。

如果要严格执行ESD22A106标准,则只限定液液(LiquidtoLiquid)介质,样品浸泡在氟化液中。

冷热冲击测试条件:

1,测试设备

双槽式冷热冲击箱。样品在高低温腔体之间通过提篮拉上、放下,来回切换。

2,测试温度

根据产品来做温度冲击的温度,如果车机座舱类产品选择Conditon A。

温度冲击测试温度范围

3,切换时间(ramp rate)<20s

 

温度冲击测试切换时间

4,循环次数

JESD22-A106规范中没有规定温度循环的次数,由产品性质决定,如车机座舱类产品做300个循环。

5,高低温保持

JESD22-A106规范中没有规定高低温保持时间,一般达到样品温度稳定即可。在综合JESD22-A106标准使用时,高低温保持时间可以选择10min.

最后做个总结:

1普通消费类电子产品一般只做温度循环测试,不做温度冲击测试。

2车机座舱类产品做温度冲击测试,介质是空气。

3、整理温度冲击、温度循环标准参考如下表格:

以上就是对温度循环(Temperature Cycling)和温度冲击(Thermal Shock)介绍。