溫度衝擊試驗(冷熱衝擊試驗)目的

作者:江志宏

說明：可靠度環境試驗除了高溫、低溫、高溫高濕、溫濕度組合循環之外，溫度衝擊(冷熱衝擊)也是常見的測試項目，溫度衝擊試驗(Thermal Shock Testing、Temperature Shock Testing，簡稱：TST)，溫度衝擊的試驗目的是透過超過自然環境的劇烈溫度變化[溫變率大於20℃/min以上，甚至可達30～40℃/min]，找出產品的設計和工藝缺陷，但經常會有將溫度循環與溫度衝擊混淆在一起的狀況。「溫度循環」是指在高低溫變化過程，溫度的變化率是可指定可控制的；而「溫度衝擊」(冷熱衝擊)的溫度變化率是不指定的(Ramp Time)，主要是要求復歸時間(Recovery Time)，依據IEC規範說明溫度循環的試驗方式有三種[Na、Nb、NC]。冷熱衝擊則是三種中的[Na]測試項目[規定轉換時間的快速溫度變化；介質：空氣]，溫度衝擊(冷熱衝擊)的主要參數為：高溫低溫條件、駐留時間、復歸時間、循環數，在高低溫條件與駐留時間目前新的規範會要求是依據測試品表面溫度，而不是試驗設備測試區的空氣溫度。

冷熱衝擊試驗機：

是用來測試材料結構或複合材料，在瞬間下經極高溫及極低溫連續環境下，所能忍受的程度，藉以在最短時間內試驗其因熱脹冷縮所引起的化學變化或物理傷害，適用的對象包括金屬、塑膠、橡膠、電子....等材料，可作為其產品改進的依據或參考。

冷熱衝擊(溫度衝擊)試驗過程可找出下列產品瑕疵：

膨脹係數不同引起的連接部剝離
膨脹係數不同龜裂後水分進入
水分滲入導致腐蝕及短路現象發生的加速試驗

依據國際規範IEC說明，有下列情況是常見的溫度變化：

1.當設備從溫暖的室內環境轉移到寒冷的戶外環境，或相反情況時
2.當設備遇到淋雨或泡到冷水中而突然冷卻時
3.安裝於外面的機載設備中(如：汽車、5G、戶外監控系統、太陽能)
4.在某些運輸[車運、船運、空運]和貯存條件下[無空調倉庫]

溫度衝擊可分為兩箱衝擊與三箱衝擊兩種方式：

說明：溫度衝擊常見的是[高溫→低溫、低溫→高溫]的方式，這樣的方式又稱為[兩箱衝擊]，另外一種所謂的[三箱式衝擊]，過程是[高溫→常溫→低溫、低溫→常溫→高溫]，在高溫低溫之間插入了一個[過常溫]的動作，避免在兩個極端溫度之間增加一個緩衝，如果看規範與測試條件，通常有過常溫的條件，其高低溫都會極高與極低，在軍事規範與車規比較會看到有過常溫的溫度衝擊條件。

IEC溫度衝擊試驗條件：

高溫：30、40、55、70、85、100、125、155℃
低溫：5、-5、-10、-25、-40、-55、-65℃
駐留時間：10min、30min、1hr、2hr、3hr(若無規定則定3hr)

溫度衝擊駐留時間說明：

溫度衝擊的駐留時間(Dwell Time)除了規範有要求之外，有的會依據測試品重量與測試品表面溫度兩種方式

冷熱衝擊駐留時間依據重量的規範有：

GJB360A-96-107、MIL-202F-107、EIAJ ED4701/100、JASO-D001..等。

冷熱衝擊駐留時間依據表溫控制規範：MIL-STD-883K、MIL-STD-202H(測試品上方空氣)

MIL883K-2016對[溫度衝擊]規範要求：

1.空氣溫度到達設定值之後，代測品表面需要在16分鐘內也要到達(駐留時間不少於10min)。
2.高溫與低溫衝擊都是超過設定值，但不可超過10℃。

駐留時間依據測試品表面上風空氣控制示意圖

[兩箱高低溫衝擊]駐留時間表溫控制實際曲線

綠色：設定溫度、紅色：空氣溫度、藍色：表面溫度

[三箱過常溫衝擊]駐留時間表溫控制實際曲線

綠色：設定溫度、紅色：空氣溫度、藍色：表面溫度

IEC溫度衝擊驗後續動作

原因：IEC溫度試驗方法最好視為系列試驗中之一部份，因為有些失效在試驗方法結束後不一定會馬上顯現。

後續需進行的試驗項目：

IEC60068-2-17密封性試驗
IEC60068-2-6正弦振動
IEC60068-2-78穩態濕熱
IEC60068-2-30濕熱溫度循環

錫鬚(晶鬚)溫度衝擊試驗條件整理：

1.-55(+0/-10)℃←→85(+10/-0)℃，20min/1cycle (500cycle檢查一次)
1000 cycles、1500 cycles、2000 cycles、3000 cycles
2. 85(±5)℃←→-40(+5/-15)℃，20min/1cycle，500cycles
3.-35±5℃←→125±5℃，駐留7min，500±4cycles
4.-55(+0/-10)℃←→80(+10/-0)℃，駐留7min,20min/1cycle,1000cycles

溫度衝擊試驗常見問題整理：

1.溫度衝擊試驗與溫度循環試驗的定義
2.如何從試驗條件來辦別是溫度衝擊試驗還是溫度循環試驗？
3.溫度衝擊試驗與溫度循環結果是否一樣？
4.溫度衝擊與溫度循環溫差範圍的影響？
5.溫度衝擊的衝擊溫度需OVER或低於設定值？
6.溫度衝擊的要先衝高溫還是先衝低溫？
7.為什麼有些溫度衝擊需要通過常溫？
8.溫度衝擊的循環數如何定義與決定?
9.如何縮短溫度衝擊的循環數?
10.用烤箱與冷凍櫃是否可以取代冷熱衝擊機來進行試驗？

冷熱衝擊試驗機產品特色：

除霜頻率：每600cycles除霜一次[測試條件：+150℃～-55℃]
負載調整功能：可依據待測品負載量，進行系統自動調整，無需手動設定
高重量負載：設備出廠前，使用鋁質IC(7.5Kg)進行負載模擬，確認設備可符合需求
溫度衝擊Sensor位置：測試區之出風口與回風口可選擇或兩者皆安裝，符合MIL-STD測試規範，除符合規範要求外，亦較貼近測試品測試時所受到的衝擊效果，降低測試不確定性，分佈均勻度。