產品高低溫環境測試(Temperature Environmental test)

temperature_cycle_storage 

高低溫度循環測試(Storage)的目的

貨品在完成生產後通常要經由各種不同的管道(船運、空運及陸運)來運送到客戶的手中,依據客戶路途的遠近與運送的狀況,產品可能會經歷各種劇烈的高低溫差異,比如說貨櫃在夏天白日的日曬溫度可能上升到70°C,而冬天的夜晚溫度也可能低到零下-40°C,所以我們必須要預先測試我們的產品,以確保其至少可以耐得住這樣的運送環境,才能在客戶收到我們的產品後還可以使用。

更甚者,有些零組件對這樣的極限溫度非常地敏感,有可能因為應力的引起而降低了產品的功能。這是非常重要的事情,為了觀察並確保我們的產品在各種不同的極限溫度影響之下仍然可以繼續運作,因此必須要依據一定的邏輯順序來執行環境測試

(產品放置至於環境測試機(Environmental Chamber)內執行功能測試時,最好可以設計成產品開機就可以自動測試並且紀錄時間,這樣就不用傷腦筋是否要在開啟還經測試機來執行產品測試了。)

一般的溫度循環通常以下列的溫度順序來作為一個循環:

常溫→低溫→低溫停留→高溫→高溫停留→常溫

執行溫度循環試驗之嚴厲度係以高/低溫度範圍、停留時間以及循環次數來決定。通常這類的溫度循環測試目的在模擬產品運送過程中的溫度變化,試驗中僅規定溫度而未規定濕度,以個人經驗顯示,一般產品對此類溫度循環測試通常不會出現太大的品質問題,較容易出現問題試驗的通常出現在高溫+高濕的環境測試(Humidity test),以及冷熱衝擊試驗(Thermal Impact test)。

本文所敘述的條件及溫度/時間範例僅供參考,使用者可以參考此範例再根據自己的產品特性來做出調整。







5.1 參考條件(Reference Conditions)

開始溫度循環測試之前需要在室溫環境下先執行產品的全功能測試,以確定產品在測試前沒有任何功能上的問題,這個測試可以選擇在環境測試機(Chamber)內或是一定條件(溫度在 +25°C±5°C 且濕度在 50%RH±10%)的大氣環境下執行。

環境測試機的溫度改變率(rate of temperature change,△t)必須要慎加選擇,其△t 的基本要求是每小時至少20°C,也就是每3分鐘的溫度上升或下降至少需要達到1°C。原則上所有的環境測試步驟都必須要等度溫度穩定下來以後,產品才能開始執行功能測試並紀錄狀況。不過,當溫度循環從「5.4低溫環境操作測試」轉變到「5.5高溫環境操作測試」步驟時不算在內,也就是說這個步驟可以不需要等到產品內部溫度穩定下來就可以開始執行其功能測試了。

這個高低溫度環境測試有部份步驟需要用到電源以啟動被測試的產品,所以選用環境測試機台的時候,應該選用可以程式控制開關的額外電源,以利測試的順利進行。

5.2 低溫環境操作測試(Low Temperature Operating Test)

在這個步驟,所有的產品都需要開機執行功能測試。

將待測產品的電源打開,並且開始將環境測試機從室溫降低到「低溫環境操作」時的規定溫度,執行產品功能測試時可以在溫度變換過程中的任何時間開始,這個階段的最後一次產品功能測試必須要在產品放置於「低溫環境操作」下4個小時後執行。

Note 1. 當產品使用軟體來自動測試的時候,必須在產品開啟電源後盡可能地自動執行所有的功能測試。

Note 2. 如果產品有使用耗材,測試的時候必須要包含這些耗材,而且耗材也必須達到規定的環境測試溫度後才可以開始進行功能測試,正式測試的時候不需要使用到耗材。

5.3 低溫環境儲存(Low Temperature Storage Test)

當執行完「低溫環境操作」步驟之後,關掉產品的電源,並且開始下降環境溫度到規定的「低溫儲存非操作極限環境」,產品必須要靜置在這個溫度下4個小時,或是等到產品內的溫度穩定下來,哪一個時間比較長者就採用比較長者,這時候產品的電源是關閉的。然後回到環境溫度到「低溫環境操作測試」。

5.4 低溫環境操作測試(Low Temperature Operating Test)

當環境溫度達到規定的「低溫環境操作」後,產品應該要再重新開啟電源,等到規定的暖機時間到了之後就必須開始執行產品的功能測試。除非得到客戶的許可之外,否則等級為A1、A2、B1的產品必須在通電5分鐘之內馬上可以運作,而不應該等待暖機時間。等級為B2、C1、C2的產品,如果沒有規定暖機時間,則使用15分鐘為暖機時間上限。這個測試步驟將可以作為產品冷開機的時間參考。

如果產品有電壓範圍的要求時,選用規定的最小值來作為產品電源開啟時的暖機及功能測試電壓。對於某些可以手動調整電壓範圍的產品,原則上在全程高低溫度循環測試時只要使用一種電壓範圍就可以了(因為環境測試機不應該在測試期間被打開)。

在這個測試階段的最後一次產品功能測試必須等到產品放置於「低溫環境操作」下4個小時後執行。

5.5 高溫環境操作測試(High Temperature Operating Test)

根據上面的溫度曲線圖表,這個步驟的產品應該還是是開著電源的,而環境溫度則正在從規定的「低溫環境操作」上升到「高溫環境操作」的過程中,這時候的產品應該要續執行其功能測試。

在這個階段其最後一次的產品功能測試必須等到產品放置於「溫環境操作」下4個小時後執行。

5.6 高溫環境儲存(High Temperature Storage Test)

當執行完「高溫環境操作」步驟之後,關掉產品的電源,並且開始升高環境溫度到規定的「溫儲存非操作極限環境」,產品必須要靜置在這個溫度下4個小時,或是等到產品內的溫度穩定下來,哪一個時間比較長者就採用比較長者。

5.7 高溫環境持續操作測試(High Temperature Heat Run Test)

回復環境溫度到「溫環境操作」,等到產品的熱效應穩定之後才開啟產品電源,並持續這樣的環境至少24小時,在這個期間至少要執行4次以上的電源開關機循環測試(Power Cycling test)。如果產品有規定電壓範圍的要求時,選用規定的最大值來作為產品電源開啟時的功能測試電壓。這個極限最大電壓應該與「5.4 低溫環境操作測試」章節所使用的電壓範圍相同。

產品的效能量測應該在「高溫環境持續操作測試」步驟一開始或是做完24小時之後執行,在這段期間產品應該使用自動測試程式持續運作至少24小時。產品在所有的測試期間不允許有失效出現。

5.8 高溫環境持續操作測試(Final Temperature Inspection)

將環境經溫度從規定的「溫環境操作」下降到室溫,當產品回復到正常溫度之後檢查並測試產品有無異狀,這時候產品的電源應該還是開著的,而且持續執行產品的自動程式運作至少24小時,直到產品完全回復到室溫的狀態。產品在所有的測試期間不允許有失效出現。

確認產品回復到室溫並確定所有的功能測試都正常之後,移除產品的外殼並檢查其組裝有無結構性變形或是任何因為過熱而引起的異常現象。


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訪客留言內容(Comments)

您好~
請教一下~
問題一
一般電子產品做環境溫濕度實驗,除了可以觀察到產品當下的運作是否正常外,若欲了解機殼內的溫度分佈對電子元件的影響,就我所知是在一些工作溫度較高的元件正上方黏上溫度Sensor 去量測來確認是否有符合該元件的工作溫度規格,請問除了這樣的做法外,是否還有其他量測點或是建議的量測位置?

問題二
假設若某一A元件工作溫度可達105度C(實際測得85度C),若距離它旁邊1公分的元件B,工作溫度溫度僅85度C(實際測得80度C),請問這樣是否元件B的使用壽命會受到影響?

不好意思,問題較多還請協助撥空回覆。謝謝!!!

louis;
1. 一般我們也都是開孔黏thermal couple來量測溫度。
2. 雖然說表載85C,但一般的零件只要處於高溫或者應該說一但被生產出來就會開始慢慢地劣化,如果是塑膠材質應該更慘,85C耐溫,實際80C的零件會不會有壽命影響,肯定是會的,只是影響多少則很少人會去統計計算,或許應該問供應商,看看他們有沒有這樣的實驗數據。

工作狂人, 早安啊~

所以量測機殼內溫度的方法,就是在有疑慮或欲了解的零件上黏thermal couple來量測溫度。

感謝您詳細的回覆~

請問關於震盪器產品為什麼有些人設定儲存溫度低於工作溫度溫寬(例如:工作溫度-40 ~ +125;儲存溫度:-40 ~ +85)
但又有些人是相反,設定儲存溫度高於工作溫度溫寬(例如:工作溫度-40 ~ +85;儲存溫度:-40 ~ +125)

個人沒見過操作溫度比儲存溫度高的需求,超過100°C的要求可能是軍工吧!一般電子產品不會有這個需求。

你好
請教一下
高低溫度循環測試的最高低溫停置時間是如何設定?
看網路上15分,20分,30分都有
但看JESD22-A-104
最多到15分?

謝謝~

Asdtt;
建議你確認一下你想做溫度循環的是什麼產品。
以下是個人意見但不敢保證正確,基本上JESD22-A-104是給Component及Solder interconnection測試用的,而且其測試一次就是三個循環。所以其目的在高低溫循環的熱衝擊,看零件有無失效或焊錫有無破裂。而一般我們再做整機測試溫度循環測試的時候通常會讓產品待在高溫超過60分鐘以上,目的是為了讓產品內外的溫度真的全部達到最高溫度然後才會下降溫度,目的在模擬真正高溫的儲存與作業狀態,也有模擬貨運在海上漂流時白天日照高溫,夜晚寒冷低溫的環境。

熊大您好~
請問一下類似這些可靠度環境測試,我們測試的sample size要如何決定呢?是整包料投進去嗎?還是以一定的比例去投呢~?
另外再請教一下,如果我的元件要如何去計算life time,是要將各sample的元件投入加速壽命測試,紀錄失效的各時間點,再利用無母數的方式去估計他母體的life time嗎?
謝謝~~~

zzeng,
你問的這些問題,目前個人沒有研究。
印象中應該有相關的學科及單位可以幫忙,但個人真的不清楚這一塊。

請問低溫負40度C的測試項目有哪些?其良率如何判定?最重要的是我的POGO PIN的電鍍層應該是何種材質才能過關?

Solomon Fan,
Sorry!個人沒有這方面的經驗。

工作狂人你好
我想請教temperature cycling test 同 thermal shock test分別是什麼?目的又有什麼不同?
先說聲謝謝!

AHW,
Temperature cycling test: 通常用來測試產品儲存或者船運時的溫度。
thermal shock test:通常用來測試產品在極冷或極熱的室外環境下突然進入到暖氣房或冷氣房的溫度瞬間變化,最常見的是進出汽車。

謝謝你的回答呀!
另外我想問temperature cycling condition會有一個Rate e.g. -40°C to +85°C ,
Rate: 20°C/Min
這是否代表我需要在chamber上也做這個設定呢?

其實做temperature cycling test是否可以使用thermal shock chamber?

感謝指教!

AWH,
1.昇溫降溫條件要看法規及客戶的需求,-40°C to +85°C一般是儲存環境的上下限。Rate: 20°C/Min是昇溫或降溫速率。
2.一般temperature cycling chamber 與 thermal shock chamber 無法共用,因為升降溫斜率不一樣,真正做thermal shock 的 chamber 會是兩個空間,一個冷一個熱,Chamber機台比較貴。,temperature cycling chamber 只會有一個空間,機台費用比較便宜。

謝謝狂人快速回覆呀!
如果我的product係flex circuit,
對於做TCT同TST分別會是什麼?

感謝狂人指教 ( ´▽` )ノ

工作狂人你好
我想請教有關執行高低溫環境測試時,依MIL-STD 810G規範須執行7個循環試驗,如果中途於第3循環時發生產品失效,那後續的試驗要怎麼處理?
是產品修復後從頭執行,還是修復後從第3循環開始往後執行道第7循環?
另外假設我的產品須執行濕度、衝擊、震動、高溫、低溫等環境試驗,我的測試條件是以1個產品執行這所有測試,還是可以以3個相同產品來分配這些測試。

羅文健,個人的看法
1.一般我們不會拿修理過得產品去做高低溫環境測試,因為修理品與機器量產出來的結果可能不一致,尤其是焊接的零組件。
2.每個產品都會先定義產品的嚴重度,功能測試不良應該都屬於嚴重的,當環測中出現了嚴重的不良,應該就算測試失敗。這個失敗有可能是前面的環節測出來的,應該要找出問題點,加以改善後才能重新跑環測,而不是修理之後重跑,如果是輕微的不良,那又何必修理。修理後重跑只是為了讓產品通過環測,那跟不跑環測就算通過又插在哪裡?


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