GJB 150A 中环境试验烘干操作方法探讨

2022-03-09贺天远杨欣磊周阳红生

电子产品可靠性与环境试验 2022年1期

贺天远，杨欣磊，周阳红生

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州 511370；2.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广东广州 511370；3.电子信息产品可靠性分析与测试技术国家地方联合工程研究中心，广东广州 511370；4.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心，广东广州 511370；5.广东省工业机器人可靠性工程实验室，广东广州 511370）

0 引言

现阶段装备产品在研制周期内对环境适应性设计愈发重视，验证其环境适应性最直接的手段便是进行相关实验室模拟环境试验[1]。而环境试验过程中在施加的温度和湿度等应力的综合作用下，有可能使受试产品暴露在凝露、积水等潮湿环境的场景中，导致部分对潮湿环境效应敏感的受试产品试验结果不合格。而去除与防止潮湿最简单直接的方法便是对试验过程中处于潮湿环境下的产品进行烘干。然而不同的试验阶段能否进行烘干、直接烘干是否会劣化装备所用材料的物理特性、是否会暂时或永久性地降低装备的设计性能指标[2]、是否会对环境试验结果的有效性产生影响，这些因素都需要相关试验人员谨慎地考虑。

1 需进行烘干的环境试验场景

众所周知，烘干操作通常用于消除较为潮湿的环境或潮湿环境引起的环境效应，要想正确地进行烘干操作，首先第一步便是了解与确认潮湿环境试验场景。潮湿环境很容易引起凝露、吸收等物理现象，如凝露就是生活中一种非常常见的现象，通常，空气的温度高，能够包含的水蒸气就多；反之，空气的温度低，尽管只有少量的水蒸气，空气也能够达到饱和，因此，湿空气中饱和水蒸气含量与空气的温度成正比。当与湿空气接触的物体，空隙部位、表面及内部冷却到低于湿空气的饱和温度时，则在其界面附近空气中的水蒸气会凝结成水而变成水滴，也就是出现了凝露现象。而在以复现极端气候环境效应为目的的环境试验中，产生凝露则更加普遍，如高低温转换时、试验环境条件湿度过大时、温度类试验结束时等试验阶段均有可能产生凝露。当样品的表面温度低于实验箱中空气的露点温度，样品表面上就会出现凝露，露点温度取决于空气中水汽的含量，露点温度、绝对湿度和水汽压力之间存在直接关系。在试验期间，如果空气中水分的含量和空气温度较高，使空气露点温度和试验样品表面温度之间达到某一差值，就会产生凝露。容易产生凝露的试验包括低温、高温、温度冲击和湿热等试验。

而在另一些试验中，尽管不会产生上述的凝露现象，但仍会使产品处于潮湿的环境中，其对产品的环境效应与凝露也是相似的，如淋雨试验、盐雾试验等（列举说明淋雨盐雾产生潮湿环境的直接原因）。值得注意的是，对于某些水密性较差或排水性不好的产品，有可能在试验过程中产生大量的凝露最终形成积水的现象，因此在进行通电检测等相关操作时应格外地注意。

易产生凝露或积水的试验有：低温、高温、温度冲击、湿热、温度-湿度-高度-振动、振动-噪声-温度、盐雾、积冰/冻雨、淋雨、流体污染和酸性大气，以及浸渍等。

不易产生凝露或积水的试验有：太阳辐射、砂尘和爆炸性大气，以及不带温湿度条件的力学类试验等。

需要注意的是，在上述几项易产生凝露或积水的试验过程中或试验后对试件进行目检时可能无法观察到具体的潮湿现象，但在其内部或表面的缝隙中仍有可能有潮湿的残留效应存在，此时应对试件内部与外部进行充分的检查与评估，并考虑是否进行烘干操作。

从理论与实际的试验过程中都可以发现，产生潮湿环境的主要原因即是相对温差较大的温度变化、较高的相对湿度和温度循环交变等。在GJB 150.9A—2009 《军用装备实验室环境试验方法》第9 部分：湿热试验的附录A 中也提到了与潮湿相关的物理现象，总结归纳如表1 所示[3]。

表1 潮湿引起的物理现象

2 烘干操作现状

在实际的试验操作中，由于标准中对试验烘干没有进行具体的“不允许烘干” 要求，因此许多试验人员常常在上文所述的易产生潮湿环境的试验中对试件进行烘干操作，用于去除试件表面或内部的潮湿水汽，却没有意识到这样的操作有可能导致试验考核不到位、干扰试验结果与故障分析的情况出现；但也同样是因为标准中没有对烘干进行描述，不同的实验室对烘干的理解也不尽相同，导致烘干操作方法层出不穷，使得本应该对试件进行烘干的操作未能达到应有的烘干目的，从而可能影响试件后续的试验或分析。

例如：某些电子产品在以GJB 150.9A—2009为要求进行湿热试验时，在试件出现故障，试验停止且恢复正常大气条件后，有的试验人员担心试件内部的残余湿气会对试件产生不好的影响，便直接对故障试件进行烘干。这样的操作，有可能使得故障试件的内部故障点消除，后续难以对故障进行准确而又详细的分析。又如：在以GJB 150.4A—2009 为要求进行低温试验时，试件从低温恢复正常大气条件后，内外表面与缝隙结构处明显地有大量的积水与凝露，有的试验人员此时认为低温阶段已经结束，对试件进行烘干操作不会影响低温试验结果且能让低温试验后检测更为顺利地通过。这种想法是错误的，低温试验后未进行试验后检测便进行烘干操作，有可能使试件已经暴露的防潮设计缺陷被掩盖，可能无法通过的低温试验后检测被不合理地通过。

3 对策与方法

经装备研制和部队使用数据统计，潮湿环境造成的装备产品故障约占各种环境因素引起故障的两成[4]，而亚洲地区的湿热环境相较于全球其他地方更为严酷，电子设备在这一地区的部署和使用过程中极易受到潮湿环境的影响，实际上目前部分外场实际使用的设备中都存在发生凝露的条件，并且在一些外场设备中由于凝露已经引起了腐蚀和破坏[5]。因此，装备产品对潮湿环境的适应性显得尤为重要，除了在产品设计阶段进行防潮设计外[6]，还需要试验人员在环境试验过程中更恰当、适时地进行烘干操作，不盲目地进行烘干，使试件因潮湿环境引起的故障能正确地显现，并且不因烘干而导致试件出现其他故障或影响其他试验结果。

大部分试验过程中所产生的潮湿环境均是各项试验所试图还原模拟的真实外场环境效应，如湿热试验本身就是要考核试件能否经受住湿热环境所引发的凝露、吸附、扩散、吸收和呼吸等效应；又如盐雾试验后除了考核试件外观与机械性能外，内部是否有因设计不合理导致含盐湿气浸入而造成物理或电气性能故障的问题也应纳入考核之列。

实验室环境试验一般包含试验开始前、试验准备、试验前检测、预处理、试验过程中、可能的试验中断、试验中检测和试验后检测等阶段。除以下部分特殊情况外，试验进行中无论任何阶段无论试件是否有凝露或积水，均不应对试件进行烘干操作。

a）单项试验开始前、预处理与试验前检测之前、完成试验后检测之后，因为该阶段并未正式开始试验或试验已经基本完全结束，烘干操作对试验过程与结果基本无影响。

b）试验中因过试验或欠试验导致试验中断时，若为欠试验中断，且重新进行该项试验的，可在重新开始前进行烘干；因为试验已经重新进行，只需确认烘干操作对试件的影响在可接受范围内即可。

c）试验中因过试验中断，且需重新进行该项试验的，一般采用新试件重新试验；若试件未损坏且继续用该件重新进行试验，需要经过充分的评估后再在试验重新开始前进行烘干但通常不推荐进行烘干操作，因为在这之后的试验中如若出现试件失效的情况，除非能证明过试验条件对该试件的故障无任何影响，且烘干操作对过试验条件下的该试件故障也无任何影响，否则将会导致试验结果无效。

d）若为欠试验中断或过试验中断且试验继续进行或从最后一个有效循环开始试验的，则不应进行烘干；因为通常情况下出现超允差中断后继续进行试验的项目为低气压、高温、低温、湿热、霉菌、盐雾、浸渍和积冰/冻雨等试验，在这种情况下，对试件进行烘干操作将对中断前的试验结果产生较大的影响，最终使得前期试验结果无效，因此不应进行烘干。

e）出现允差内中断后，若需重新进行该项试验的，应经过充分的评估后再进行烘干，如烘干操作本身或烘干操作与前期试验组合是否会对试件产生影响，确认影响在可接受范围内即可；若无需重新进行该项试验的，不构成一次中断，也无需进行烘干。

f）试件出现故障导致试验中断后，应对故障进行过详尽的分析与评估确定高温或湿度对故障的影响后再择机进行烘干；如试件在湿热试验中因试件失效故障导致试验中断，需在试验中断后对试件进行相关的检测，并对故障情况进行详尽的分析后，确认烘干操作对试件的结构、性能和故障情况无影响后再择机进行烘干，以免烘干操作影响对故障情况的分析。

g）试验结束后，若还未对试件进行相关检测的，不应对其进行烘干。如湿热试验结束时，试件恢复标准大气条件且保持温度稳定后，常常还能在表面或接插件等处观察到凝露、积水等现象，有些试验人员会在此时对试件进行烘干操作后再进行试验后检测，这与GJB 150A 的要求不符。

h）其他相关协议要求或试件在实际的使用环境中有烘干要求的，可以酌情在适当的时机进行烘干操作。

而在实际有必要的烘干操作过程中，也应注意以下几点。

a）烘干温度应不高于被试品高温环境条件要求温度，如高温要求若为70 ℃，则烘干温度以50 ～60 ℃为宜，且建议使用较低的升温速率（0.6～1 ℃∕min）[7]或阶梯升温法进行升温烘干。

b）进行烘干时应将试验箱湿度设置在RH50%以下，或打开试验箱箱孔，以便尽快地排出试验箱内空气中的水汽。

c）进行烘干前应尽量地打开非气密被试品的盖板，以便被试品内部的水汽尽快地排出。

d）某些结构复杂、防凝露防积水设计不够好、凝露或积水较多的试件在进行较长时间的高温烘干后仍有可能残留有部分水汽，想要彻底烘干会有一定的难度，建议烘干后对相关部位使用凝露试纸进行检查。

e）试件进行烘干后若用此试件继续进行其他试验项目，应进行充分评估确认对后续试验无影响或影响在可接受范围内，才可继续进行其他试验项目；若在后续试验过程中出现故障现象，则不应忽略该故障与烘干过程的关联。