從火箭穿越大氣層,到手機(jī)從暖氣房沖進(jìn)雪地;
從汽車引擎熄火后遭遇寒潮,到工業(yè)設(shè)備在高溫車間與冷庫間轉(zhuǎn)運(yùn)……
現(xiàn)實世界中,溫度并非緩慢變化,而是常常劇烈突變。
而這種極端溫變速率帶來的熱應(yīng)力,遠(yuǎn)比穩(wěn)態(tài)高低溫更致命。
溫度沖擊測試(Thermal Shock Test),正是模擬這種“冰火兩重天”瞬間切換的嚴(yán)苛環(huán)境,驗證產(chǎn)品能否在熱脹冷縮的撕裂力下依然可靠。
今天,就帶你深入這項高加速可靠性測試的核心邏輯——它不是“冷熱循環(huán)”,而是對材料與結(jié)構(gòu)的極限拷問。
一、溫度沖擊 ≠ 高低溫循環(huán):速率決定一切
很多人混淆溫度沖擊(Thermal Shock)和溫度循環(huán)(Thermal Cycling),但兩者本質(zhì)不同:
| 維度 | 溫度沖擊測試 | 高低溫循環(huán)測試 |
|---|---|---|
| 溫變速率 | 極快(>10℃/秒,甚至瞬時) | 較慢(0.5–10℃/分鐘) |
| 轉(zhuǎn)換方式 | 樣品在兩個獨立溫區(qū)間快速轉(zhuǎn)移 | 在單 chamber 內(nèi)緩慢升降溫 |
| 主要應(yīng)力 | 瞬時熱應(yīng)力(材料內(nèi)外溫差大) | 累積熱疲勞(反復(fù)膨脹收縮) |
| 典型標(biāo)準(zhǔn) | MIL-STD-810H Method 503.6 IEC 60068-2-14(TST) | IEC 60068-2-14(TC) |
? 關(guān)鍵區(qū)別:
溫度沖擊:考驗“能不能扛住突然的冷熱打擊”;
溫度循環(huán):考驗“能不能經(jīng)受長期冷熱交替”。
二、溫度沖擊如何“撕裂”產(chǎn)品?
當(dāng)產(chǎn)品在幾秒內(nèi)從+125℃投入-55℃環(huán)境,不同材料因熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)(CTE)差異,會產(chǎn)生巨大內(nèi)應(yīng)力:
?? 典型失效模式:
| 失效類型 | 根本原因 | 案例 |
|---|---|---|
| 焊點開裂 | PCB(CTE≈17ppm/℃)與芯片(CTE≈6ppm/℃)膨脹不一致 | BGA封裝器件在3次沖擊后功能失效 |
| 陶瓷電容破裂 | 陶瓷脆性大 + 快速收縮 | MLCC在-55℃沖擊下內(nèi)部微裂 |
| 光學(xué)鏡頭脫膠 | 膠粘劑與玻璃/金屬CTE失配 | 激光雷達(dá)鏡頭偏移,測距不準(zhǔn) |
| 密封圈失效 | 硅膠在低溫下硬化,高溫下軟化,反復(fù)沖擊導(dǎo)致永久變形 | 戶外燈具IP67失效,進(jìn)水短路 |
| 塑料外殼龜裂 | 表面急速冷卻收縮,內(nèi)部仍熱 → 拉應(yīng)力超限 | 無人機(jī)電機(jī)殼體出現(xiàn)放射狀裂紋 |
三、溫度沖擊測試怎么做?三大主流方法
?? 1. 兩箱法
高溫箱(如+150℃) + 低溫箱(如-65℃);
通過提籃或機(jī)械臂在10秒內(nèi)完成轉(zhuǎn)移;
最常用,模擬真實快速環(huán)境切換。
?? 2. 三箱法
增加一個常溫過渡區(qū),減少樣品熱沖擊過載;
適用于特別脆弱的樣品(如含液體、大尺寸組件)。
?? 3. 液體沖擊法
使用硅油/乙醇作為傳熱介質(zhì),溫變速率更快(可達(dá)100℃/秒);
多用于元器件級測試(如MIL-STD-202 Method 107)。
?? 典型參數(shù)(MIL-STD-810H):
高溫:+85℃ / +125℃
低溫:-55℃ / -65℃
保溫時間:10–30分鐘/段
轉(zhuǎn)換時間:<10秒
循環(huán)次數(shù):5–20次(高加速篩選)或100+次(可靠性驗證)
四、哪些產(chǎn)品必須做溫度沖擊測試?
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | 原因 | 典型要求 |
|---|---|---|
| 航空航天 | 火箭進(jìn)出大氣層、衛(wèi)星日照/陰影切換 | -65℃ ? +125℃,15次以上 |
| 汽車電子 | 引擎艙高溫 vs 冬季寒夜 | -40℃ ? +125℃,AEC-Q100 Grade 0/1 |
| 軍工裝備 | 快速空投、極地部署 | MIL-STD-810H Method 503 |
| 戶外光通信 | 白天暴曬 vs 夜間輻射冷卻 | -40℃ ? +85℃,帶電運(yùn)行 |
| 新能源電池包 | 快充發(fā)熱 vs 寒冷環(huán)境 | UN 38.3 + 溫度沖擊組合 |
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