從青藏高原的晝夜溫差(白天+30℃,夜晚-20℃),到車載電子在引擎艙與寒夜間的反復(fù)切換;
從戶外基站經(jīng)歷四季輪回,到工業(yè)設(shè)備在冷庫與高溫車間之間轉(zhuǎn)運……
溫度不是靜止的,而是不斷變化的。
而這種反復(fù)的熱脹冷縮,會在產(chǎn)品內(nèi)部積累應(yīng)力,最終導(dǎo)致材料疲勞、焊點開裂、功能失效。
高低溫循環(huán)測試(Thermal Cycling Test),正是模擬這種真實世界中的溫度波動,驗證產(chǎn)品能否在成百上千次冷熱交替中依然可靠運行。
今天,就帶你深入這項可靠性測試的核心邏輯——它不是簡單的“冷了又熱”,而是對產(chǎn)品耐久性的極限拷問。
一、什么是高低溫循環(huán)測試?
高低溫循環(huán)測試是將產(chǎn)品置于高溫與低溫之間周期性切換的環(huán)境中,通過反復(fù)熱應(yīng)力作用,加速暴露因材料熱膨脹系數(shù)(CTE)差異導(dǎo)致的潛在缺陷。
核心目的:
驗證產(chǎn)品在長期溫度波動環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性與功能穩(wěn)定性。
典型測試條件(依據(jù) IEC 60068-2-14)
溫度范圍:如 -40℃ ? +85℃(消費電子)、-55℃ ? +125℃(車規(guī)/軍工);
保溫時間:每段 15–60 分鐘(確保樣品整體達到設(shè)定溫度);
升降溫速率:通常 1–10℃/分鐘(慢變模擬自然環(huán)境);
循環(huán)次數(shù):50 次(篩選)、200 次(常規(guī))、1000 次以上(高可靠要求)。
二、高低溫循環(huán)如何“悄悄毀掉”產(chǎn)品?
當不同材料以不同速度膨脹或收縮時,會在界面處產(chǎn)生剪切應(yīng)力。每一次循環(huán),都是對連接點的一次“拉扯”。
典型失效模式:
| 失效類型 | 根本原因 | 表現(xiàn) |
|---|---|---|
| 焊點疲勞開裂 | PCB(CTE≈17 ppm/℃)與芯片(CTE≈6 ppm/℃)不匹配 | BGA/CSP器件間歇性失靈 |
| PCB分層或翹曲 | FR-4基材Tg值不足,高溫軟化后冷卻變形 | 線路斷路、阻抗異常 |
| 連接器接觸不良 | 金屬端子與塑料殼體膨脹差異 | 插拔力變化、信號抖動 |
| 光學組件脫膠 | 膠粘劑與玻璃/金屬CTE失配 | 鏡頭偏移、激光雷達測距不準 |
| 密封失效 | O型圈老化 + 反復(fù)壓縮松弛 | IP防護等級下降,進水進塵 |
關(guān)鍵特點:
這類失效具有累積性和延遲性——可能前100次無異常,第150次突然失效。
三、高低溫循環(huán) vs 溫度沖擊:別再混淆!
很多人將兩者混為一談,但它們目標截然不同:
| 維度 | 高低溫循環(huán)測試 | 溫度沖擊測試 |
|---|---|---|
| 溫變速率 | 慢(1–10℃/min) | 極快(>10℃/秒) |
| 應(yīng)力類型 | 熱疲勞(累積損傷) | 瞬時熱應(yīng)力(突發(fā)破壞) |
| 模擬場景 | 晝夜溫差、季節(jié)變化 | 快速環(huán)境切換(如空投、進出日照區(qū)) |
| 失效顯現(xiàn) | 循環(huán)后期逐漸出現(xiàn) | 前幾次循環(huán)即可能失效 |
簡單說:
循環(huán)測試看“能用多久”,沖擊測試看“能不能扛住突變”。
四、行業(yè)典型應(yīng)用與要求
| 行業(yè) | 溫度范圍 | 循環(huán)次數(shù) | 特殊要求 |
|---|---|---|---|
| 消費電子(手機/手表) | -20℃ ~ +70℃ | 50–100次 | 帶電運行,功能全檢 |
| 汽車電子(AEC-Q100) | -40℃ ~ +125℃ | 1000–2000次 | Grade 0/1,高溫高濕偏壓組合 |
| 光伏逆變器 | -40℃ ~ +85℃ | 200次 | 模擬25年戶外服役 |
| 航空航天 | -55℃ ~ +125℃ | 500+次 | 結(jié)合低氣壓、振動 |
| 工業(yè)PLC | -25℃ ~ +70℃ | 300次 | 連續(xù)通信功能驗證 |
標準參考:
IEC 60068-2-14:基本環(huán)境測試方法;
JESD22-A104:JEDEC半導(dǎo)體溫度循環(huán)標準;
ISO 16750-4:道路車輛電氣電子環(huán)境要求。
結(jié)語:真正的可靠,經(jīng)得起時間的冷暖交替
在這個充滿變化的世界里,
穩(wěn)定不是常態(tài),適應(yīng)才是能力。
而高低溫循環(huán)測試,
就是那場提前上演的“時間加速器”。
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