溫度循環與溫度衝擊試驗依據規範進行待測品表溫控制(JEDEC22-A104、AEC-Q100、LV124、ED-4702A)

作者:江志宏

說明：早期溫度循環試驗都只有看試驗爐的空氣溫度，目前依據相關國際規範的要求，其溫度循環試驗的溫變率，指的不是空氣溫度而是待測品表面溫度(如試驗爐的空氣溫變率是15℃/min，可是待測品表面所量到的實際溫變率可能只有10～11℃/min而已)，而且會其升降溫的溫變率也需要對稱性、重複性(每一個cycle的升降溫波形都一樣)、再線性(不同負載溫變升降溫速度一致，不會有的快有的慢)，另外在半導體先進製程中的無鉛銲點與零件壽命評估，針對溫度循環測試及溫度衝擊也有許多要求，所以可見其重要性(如：JEDEC-22A-104F-2020、IPC9701A-2006、MIL-883K-2016)，電動車與車用電子的相關國際規範，其主要試驗也是依據待測品表面的溫度循環試驗(如：ISO16750、AEC-Q100、LV124、GMW3172)。

規範針對待測品表面溫度循環控制要求整理：
1.樣品表面溫度與空氣溫度差越小越好
2.溫度循環升降溫皆須過溫(超過設定值，但是不可超過規範要求上限)
3.樣品表面在最短時間內進入浸泡時間(浸泡時間與駐留時間不同)

慶聲熱應力試驗機(TSC)在待測品表溫控制的溫度循環試驗中特色整理：
1.升降溫可以選擇[空氣溫度]或是[待測品表溫控制] ，符合不同規範要求
2.升降溫溫變率可選擇[等均溫]還是[平均溫]，符合不同規範要求
3.升溫與降溫的溫變率偏差可分開設定
4.可設定升降溫的過溫偏差，符合規範要求
5.[溫度循環]、[溫度衝擊]皆可以選擇表溫控制

IPC對待測品溫度循環試驗的要求：

對PCB要求：溫度循環的最高溫度應比PCB板材的玻璃轉移點溫度(Tg)值低25℃。
對PCBA要求：溫變率要求15℃/min
對銲錫要求：
1.當溫度循環溫度在-20℃以下、110℃以上，或同時包含上述兩種情況時，對錫鉛焊接連接可能產生不止一種損傷機理。這些機理傾向於彼此相互加速促進，從而導致早期失效。
2.在溫度緩變過程中，試樣溫度與測試區空氣溫度差應該在幾度範圍內

對車規要求：依據AECQ-104使用TC3(40℃←→+125℃)或TC4(-55℃←→+125℃)符合汽車引擎室的使用環境

IPC對駐留時間與溫度的定義

 

JESD-22-A104F-2020溫度循環試驗條件與銲點導通試驗要點：

要點：
1.選擇測試條件需格外小心，因為試驗溫度可能導致PCB導通孔與銅線開裂，從而影響銲點導通量測的相關讀值。
2.導通焊點疲勞測試時，重要是避免樣品出現瞬間熱梯度 。

JEDEC-22A-104F-2020溫度循環試驗條件與銲點導通試驗要點：

駐留溫度：Ts(max)的+5℃～-10℃、Ts(min)的-5℃～+10℃
駐留段總時間：Ts(max)的-5℃～+10℃、Ts(min)的+5℃～-10℃

溫變率：空氣溫度為樣品表面溫度的[升溫(-5℃～+10/+15℃)、降溫(+5℃～-10/-15℃)]
溫度循環可暫停最短時間：JESD 47要求總循環數的10%以上

 

ED-4702A溫度循環條件整理表

 

SMD錫焊性能測試方法與鑑定要求

 

太陽能模組依據待測品表面溫度控制規範

 

IEC60068-2-14溫度變化試驗後續動作

原因：
IEC60068-2-14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

MIL883K-2016溫度衝擊條件C示範對[溫度衝擊]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℃。

 

慶聲控制器選擇等均溫(ESS)與平均溫(RAMP)功能

說明：控制器可讓使用者選擇升降溫的溫變率，是要採用等均溫(IEC60068-2-14Nb、IEC61747-5)還是平均溫(JEDEC-22A-104F-2020、IPC9701A-2006、IEC60749-25-2003)來控制。

 

熱應力試驗機(TSC)依據待測品表溫控制實驗報告
負載：待測品(4.46 kg PCB)+治具(3.04 kg不銹鋼)=7.5kg

 

溫度循環表溫偵測與溫度感測器依據規範：
溫度循環表溫偵測依據JEP153、表溫控制溫度感測器依據JEP140規範要求[T type熱電偶]

 

有載7.5kg (等均溫)溫度循環驗證曲線

條件：150℃～-55℃/駐留30min/Ramp:15℃/min
負載：7.5kg

空氣溫度與帶測品表溫
紅色：設定溫度、
黑色：待測品表面溫度

 

九點分佈

試驗結果：
高溫段均勻度= ±1.0℃
低溫段均勻度= ±0.7℃
升溫斜率誤差:13.7～16.26℃/min[-0.87%～+8.4%]
降溫段斜率誤差:15.12～15.47℃/min[+0.8%～+3.1%]

16軌有載表溫升降溫斜率統計表

 

有載7.5kg (平均溫)溫度循環驗證曲線
九點分佈

高溫段均勻度：±1℃
低溫段均勻度：±0.7℃

溫度循環試驗設備推薦：熱應力複合機