可靠度環境試驗設備結合多軌溫度控制與偵測應用

作者:江志宏

📘 摘要總覽（TL;DR）

摘要：
新一代環境試驗設備導入多軌表面溫度控制與偵測，避免僅依空氣溫度造成誤差。

TL（Too Long）：
試驗類型包括恆溫恆濕、冷熱衝擊、溫度循環、應力篩選與無風烤箱，均能依測試品表面溫度進行控制。

DR（Did Read）：
早期環境試驗僅依據空氣溫度，但新規範如 JEDEC-22A-104F、IEC 60749-25、IPC9701、AEC-Q100、LV124 等，均要求以測試品表面溫度作為依據:contentReference[oaicite:1]{index=1}。例如冷熱衝擊試驗中，駐留時間依表面溫度到達設定值才開始計算；溫度循環試驗的溫變率與駐留時間，也須依表溫控制。此外，GJB1032 與 IEST 規範要求，樣品需黏貼至少 3–6 個熱電偶，並確保 2/3 測點溫度落在設定值 ±10℃ 內。此技術應用於伺服器、車用 ECU、5G 通訊設備與大尺寸液晶電視，可真實模擬產品運行環境，提高可靠度驗證精準度。

說明：環境試驗設備包含了恆溫恆濕機、冷熱衝擊機、溫度循環試驗機、無風烤箱..等，這些試驗設備全部都是在模擬環境中的溫度、濕度對產品的影響性，找出設計、生產、儲存、運輸、使用過程可能出現的產品瑕疵，以前只有模擬測試區的空氣溫度，但是在新的國際規範與國際大廠的新的測試條件，開始要求依據的不是空氣溫度，而是測試品的表面溫度，另外測試過程中也要將表面溫度進行同步量測與紀錄，用於試驗後的分析，將相關環境試驗設備結合表面溫度控制，與表面溫度量測的應用整理如下。

📌 實務案例

筆電於恆溫恆濕試驗中，透過 8 軌溫度感測器同步紀錄表面與內部溫度，成功發現設計熱點。
車用 ECU 在冷熱衝擊（−40↔125℃）測試時，依表溫控制駐留時間，發現焊點裂痕，改良後通過驗證。
5G 通訊設備於溫度循環測試中，依 JEDEC-22A-104F 要求以表面溫度控制，揭露 PCB CAF 擴展問題。
雲端伺服器透過自然對流無風烤箱結合表溫偵測，真實模擬室內環境，驗證散熱設計是否合格。

恆溫恆濕機試驗表溫偵測應用：

說明：恆溫恆濕機在試驗過程中，結合了多軌的溫度偵測，在進行高溫高濕、結露(凝結)、組合溫濕度、慢速溫度循環..等試驗過程，在測試品表面貼上感測器，可應用於量測測試品表面溫度或內部溫度，透過此多軌溫度偵測模組可將設定條件、實際溫濕度、測試品表面溫度，一同量測與記錄整合成為同步曲線檔，用於後續保存與分析使用。

多軌表面溫度偵測模組外觀與接線方式

恆溫恆濕機試驗過程偵測表面與指定零件溫度變化案例[筆電]

冷熱衝擊機表溫控制與偵測應用：[駐留時間依據表溫控制]、[溫度衝擊過程表面溫度量測記錄]

說明：將8軌溫度感測器貼合在測試品表面，應用於溫度衝擊過程中，駐留時間可依據表面溫度到達才開始倒數，衝擊過程中能將設定條件、測試溫度、測試品表面溫度，一同量測與記錄整合成為同步曲線。

[兩箱冷熱衝擊]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

三箱過常溫冷熱衝擊]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

溫度循環試驗機表溫控制與偵測應用：[溫度循環溫變率與駐留時間依據測試品表溫進行控制]

說明:溫度循環試驗與溫度衝擊試驗是不一樣的，溫度衝擊試驗是用系統最大能量進行高溫低溫之間的溫度變化，其溫變速度高達30～40℃ /min，溫度循環試驗是要求高低溫變化過程，其溫變率是可以設定與控制的，早期規範只有要求測試區溫度，但是新的規範與國際大廠的測試條件，已經開始要求，其溫變率指的不是空氣溫度，而是測試品表面溫度，目前溫度循環規範溫變率控制，依據測試品表面的規範有[JEDEC-22A-104F、IEC60749-25、IPC9701、ISO16750、AEC-Q100、LV124、GMW3172]..等，另外高溫與低溫的駐留時間也能夠依據試品表面，而不是空氣溫度。

溫度循環駐留時間依據表溫控制

等均溫(IEC60068-2-14Nb、IEC61747-5)控制

平均溫(JEDEC-22A-104F-2020、IPC9701A-2006、IEC60749-25-2003、LV124)控制

溫度循環應力篩選試驗機表溫控制與偵測應用：

說明：溫度循環應力篩選試驗機，結合多軌溫度量測之後，在應力篩選的溫變率上，就可以選擇試要採用[空氣溫度]還是[測試品表溫]，來進行溫變率的控制，另外在高低溫駐留過程，時間倒數還可以依據測試品表面來進行控制，符合 (GJB1032、IEST) 相關規範與國際組織的要求，依據GJB1032在應力篩選駐留時間與溫度測定點的定義，1.熱電偶固定在產品上數量不得少於3個，有冷卻系統其測溫點不得少於6個，2.確保產品上2/3熱電偶溫度在設定溫度±10℃，另外依據IEST(國際環境科學與技術協會)的要求，駐留時間需達到溫度穩定的時間加5min或性能測試時間。

等均溫有載應力篩選表面溫度曲線

平均溫有載應力篩選表面溫度曲線

無風烤箱(自然對流試驗機)表溫偵測應用：

說明：透過無風烤箱(自然對流試驗機)與多軌溫度偵測模組的結合，產生沒有透過風扇的溫度環境(自然對流)，並進行相關溫度偵測之測試整合試驗，此解決方案可適用於電子產品的實際環境溫度試驗(如：雲端伺服器、5G、電動車內部、室內無空調環境、太陽能逆變器、大尺寸液晶電視、家用網路分享器、辦公室3C、筆記型電腦、桌上型電腦、遊戲機.......等)。