温度试验方案设计及试验开展常被忽略的两个要素

中国工程物理研究院电子工程研究所 李果 L IGu o

温度试验方案设计及试验开展常被忽略的两个要素

中国工程物理研究院电子工程研究所 李果 L IGu o

温度试验是可靠性试验里面最重要的试验。通常认为，影响温度试验效果的要素有温度、停留时间、温变率等。而实际上，在试验方案设计和试验开展中，还有两个方面常常被忽略，即温度箱风速、样品的摆放。不考虑这两个要素，容易造成欠试验或过试验，达不到规定的激发和验证要求。本文通过试验分析了温度箱风速、样品的摆放对产品的影响，并分别给出相应规避策略。

温度试验；风速；摆放；过试验；欠试验

1.言

电子产品的研发、试制和生产过程中，可靠性试验起着至关重要的作用，激发产品设计、工艺、器件、结构等方面的缺陷，验证环境适应能力及可靠性水平，保证产品从设计到量产的最终高可靠。可靠性试验有气候、力学、综合三大类，如温度试验、振动试验、温度+振动综合试验等。而在可靠性试验里面，温度类试验用得最多、最广，有很多电子产品的温度类试验比重达到80%。

温度类试验主要有高温试验、低温试验、温度循环试验、温度冲击等等。通常认为，影响温度类试验效果的主要有温度、停留时间、温变率等。而事实上，在试验方案设计和试验开展中，还有两个方面常常被忽略，即温度箱内风速、样品的摆放。不考虑这两个因素，容易造成欠试验或过试验，达不到规定的激发和验证要求，还会损伤产品。

2.验箱风速对试验的影响及规避策略

2.1.响分析

不同的温箱有不同规格的风速，如快速温变箱的风速大于3m/s、低风速试验箱的风速小于0.3m/s等。风速对箱体温度的平衡、试验品内外温度的平衡的影响很大。

为分析风速的影响，选取两种不同规格的温箱、两种不同类型的产品开展热测试。测试情况见表1、表2、表3所示。

表1.封产品、快速温变箱热测试数据(温度4 0℃)

该密封产品没有风扇，靠产品的表面散热。从表1的数据可以看出：在温度40℃下，有风的情形下，产品内部温升10℃左右；在无风的情形下，产品内部温升30℃左右。两种情形相差20℃左右。

表2.封产品、低风速温箱热测试数据(温度4 0℃)

从表2的数据可以看出：在温度40℃下，有风的情形下，产品内部温升25℃左右；在无风的情形下，产品内部温升30℃左右。两种情形相差5℃左右。

综合表1和表2的数据，不同的风速影响不一样，风速越大影响越大。

表3.框产品、快速温变箱热测试数据(温度4 0℃)

该插框（非密封）产品内无风扇，通过内部风道散热。表3的数据表明，对插框产品，温箱的风速对产品内部的温升影响相对要小，平均仅3.4℃左右（低风速情形下影响更小），而同样情形下的密封产品，平均为20℃左右。

前面的表1、表2、表3均为高温下的测试情况，同样，笔者对同样的温箱、同样的产品进行了低温下的温升对比测试，发现风速对低温试验下的影响很小，即无风测试数据和有风测试数据相差很小，大概1～2℃。

2.2.避策略

在电子产品的可靠性设计指标中，常常可以看到，高温规格为X X℃，低温规格为……。这些规格是要求在无风的情况下，产品在该温度下的工作能满足规定要求。显然，如果不考虑风速，则容易造成欠试验。

从2.1中风速的影响分析中可以看到，风速主要对高温影响大，对低温影响很小；对密封产品影响大，对插框（非密封）产品影响小。因此，温度类试验的方案设计中（特别是针对密封产品），高温的设置必须考虑温度补偿，即温度箱风速造成影响的补偿。通过温度补偿来规避温度箱的影响。

补偿温度的计算方法如下：

△ =无风-有风

式中：△T-补偿温度

T无风-无风情况下产品内的平均温升

T有风-有风情况下产品内的平均温升

例如，某密封自散热电子产品，需验证其是否满足40℃的高温规格。则在验证试验前，开展了以下系列工作：

a)确定温度箱风速的影响：测试出40℃、无风情形下，产品内的平均温升为67℃；有风情形下，产品内的温升为52℃.（无风情形只需要给产品加一个挡风罩即可。）

b)确定补偿温度：67-52＝15℃

c)高温试验验证剖面设计：规格温度40℃+补偿温度15℃＝55℃，即验证40℃，温度箱需设置为55℃。

注：如换温度箱，哪怕温箱的风速一样，均需重新测试，确定适合该温箱的补偿温度。

3.品摆放的影响及规避策略

3.1.放位置的影响分析

在验证风速影响的同时，对箱内不同摆放位置样品的表现情况亦进行了测试。选取密封样品，测试情况如表4所示：

表4.品不同摆放位置的热测试数据(箱内风速3 m/s)

从上面的数据可以看出，不同的摆放位置，温升是不一样的，最大和最小相差6.3℃。靠进风口位置的产品，可能造成欠试验；而贴在箱内壁的产品，可能造成过试验。

3.2.放量的影响分析

温箱内样品的数量对产品内部温升亦有影响。在对某密封产品（发热产品）开展筛选试验时，放置不同的样本量，热测试结果如表5所示：

从表5的数据可以看出，产品占箱内容积不高于10%时，温升差距很小；但超过10%（如达20%）时，温升增加了4℃以上。

3.3.避策略

从3.1和3.2的分析，发现样品在温箱的摆放位置、箱内的样品量均影响产品的内部温升。为保证最佳的试验效果，需正确放置试验样品及样品量，遵从以下几点：

a)样品不能放在风口处，以免堵塞出风口和回风口；

b)样品不能贴在箱内壁和底部，必须离箱壁或底部10cm以上；

c)必须给箱子的温度传感器留出一定距离，以保证试验温度的正确；

d)多个样品应尽量放在同一平面上；

e)对发热样品，所有样品的总体积应不大于试验箱有效容积的10%；对于不发热样品，所有样品的总体积应不大于试验箱有效容积的20～ 35%。

4.束语

在开展温度类试验时，试验箱的风速影响及样品摆放（即摆放位置、摆放量）的影响常常被忽视，很容易导致欠试验或过试验。因此，引入合适的温度补偿，合理放置试验样品，亦是保证试验效果的有效措施之一。

[1]何国伟.可靠性试验技术[M].国防工业出版社，1 9 9 5

[2]雷江涛.鱼雷电子产品环境引力筛选方法分析[J].鱼雷技术，2 0 0 4

The Two Often Overlooked Elements of Temperature Test Design and Running

The temperature test is the most important reliability test.Generally we consideredthe affection elements of the temperature test results,is the temperature,holding time,temperature change rate and so on.Actually,in experimental design and running,there are two aspects are often neglected,that the temperature box wind speed and sample placed.Do not consider these two elements,easily lead to fewer tests or over test,reaching less than the required excitation and validation requirements.In this paper,we carry out tests,analysis the influence of the temperature boxes wind speed and the samples placed,and give the corresponding avoidance strategy.

temperature test； wind； p laced； less test； over test

李果（1 9 8 1～），男，四川绵阳，工程师，硕士，主要从事环境试验技术研究工作。