根據經驗影響產品可靠性各（gè）種環境應力中，環境溫度應力所占的比重如圖1所示。

    其中各種環境溫度應力對產品（pǐn）可靠性的影響比重如圖2所示。

    一、低溫（wēn）試驗概述

     低溫試驗是用來確定元器件、設備或其他產品在低溫環境條件（jiàn）下的使用、運（yùn）輸或存儲能力。隨著科學技術不斷（duàn）發展，對產品的要求不斷提高，電子產品低溫工作的（de）質量與可靠性指標備受關注。
    低溫試驗用於考核或確定產品在低溫環境條件下存儲（chǔ）和（或）使（shǐ）用的（de）適應性，不用於評價產品在溫度變化期間的耐（nài）抗性和工作能力。在產品開發（fā）階段、元器件的篩選階段可（kě）通過低溫試驗來考核產品。
    低溫對產品的影響主要表（biǎo）現在以下幾個（gè）方麵：
    （1）橡膠等柔韌性材料的彈性降低，並產生破裂，如熱（rè）縮管的低溫試驗；
    （2）金（jīn）屬和塑料脆性增（zēng）大，導致破裂或（huò）產生裂紋，如金屬封裝外殼的低溫試驗；
    （3）由於材料的收縮係（xì）數不同，在溫變率較大時，會引起活動部位卡死或轉動不（bú）靈，如（rú）電連接器的低溫試（shì）驗；
    （4）潤滑劑黏性增大或凝固，活（huó）動部件之（zhī）間摩擦（cā）力增大、引起動作滯緩，甚至停止工作；
    （5）電子元器件電參數漂移，影響產品的電性能，如集成電路三溫測試中的低溫測試（shì）；
    （6）結冰或結（jié）霜引起產品結構破壞或受潮等。
    低溫試驗條件的設定（dìng）由電子元器件產品設計和使用的（de）環境條件決（jué）定（dìng），產品（pǐn）要求在怎（zěn）麽樣的環境溫度下使用（yòng），試驗室就（jiù）應該采用相應的溫度條件來對其（qí）進行適應性試驗考核，因此，試驗條件與環境條件相一致而不矛盾。根據標準規定，電子元器件、儀（yí）器、儀表（biǎo）基本環境試驗標準，溫（wēn）度下限為 0℃、-10℃、-25℃、-40℃等幾檔，根據調查和收集到的資料，我國境內氣象（xiàng）站測得的溫（wēn）度為-51℃，大興安嶺地區曾經測得溫度為-62℃，因此（cǐ），增加了-55℃、-65℃等幾檔（dàng）。
    隨著電子（zǐ）元器件的進一步（bù）發展，一些（xiē）連接器、線纜組件需要承受-100℃的超低溫衝擊情況，在特定條件下，需要增（zēng）加-100℃或-110℃的超低溫試驗條（tiáo）件。在此嚴酷條件下，對電子（zǐ）元器件的考核是嚴酷的（de）。
    對於（yú）試驗保持時間，國際標準將低溫試驗的持續時間定為 2h、16h、72h、96h 四種，這主要是從電（diàn）子元器件產（chǎn）品使用環境出發考慮的，為西歐、日本等國所采用。但美國軍用（yòng）標準普遍采用（yòng）保持24h或72h兩種。我（wǒ）國軍用標準提（tí）出按產品重量來確定試驗時間。
    低溫（wēn）試驗（yàn）保持時（shí）間的長短，應取決於該產品在某一低溫條件下保證內部凍透，即內部溫度達（dá）到與試驗條件相平衡（偏差小於（yú） 3℃），而（ér）不一定需要延長試驗時間（對延長試驗時間是否有（yǒu）影（yǐng）響也進行（háng）過一些試（shì）驗驗證），因為低溫下的作（zuò）用結果不像高溫時的“熱老化”作用有“積（jī）累”意（yì）義。因此，保持時間隻（zhī）要能使樣（yàng）品凍透，有足夠時間使材料受溫度影響（xiǎng）而產生收縮（suō）變形就可以了。

    二（èr）、低溫試（shì）驗技術和方法

    1.試驗目的
    低（dī）溫試驗用於考核產品在低溫環境條件下（xià）存儲和使用的適應性，常用於產品在開發階段的型（xíng）式試（shì）驗（yàn）和元器件的篩（shāi）選試驗。
    2.試驗條件
    按照國標GB 2423.1—2008規定如下：
    （1）非散熱試驗樣品低溫試驗（yàn）Ab：溫度漸（jiàn）變。
    （2）散熱試驗樣品低溫試（shì）驗Ad：溫度漸變。
    試驗的嚴酷程度由（yóu）溫度（dù）和持（chí）續時間確定。
    溫度：-65℃；-55℃；-40℃；-25℃；-10℃；-5℃；+5℃。試驗溫度的允許偏差均為±3℃。
    持續時間：2h；16h；72h；96h。
    3.試驗程序
    試驗Ab：非散熱試驗樣品溫度漸變的低溫（wēn）試驗，用以確定非散熱的電子（zǐ）電工產品（包括元件、設備或其他產品）低溫下存儲（chǔ）和使用的適應性。
    將處於室溫（wēn）的試驗樣品，按正常位置放入試驗箱內，開動冷源，使試驗箱溫度從室溫降低到規定試驗溫度並使試驗（yàn）樣品達到溫度穩定。箱（xiāng）內溫度變化速率為不大於 1℃/min（不超過5min時間的平（píng）均值）。
    試驗Ad：散熱（rè）試驗樣品溫度漸（jiàn）變的低溫試驗，確定（dìng）散熱電子（zǐ）電工產品（包括元器件、設備或其他產品）低溫條件下使用的（de）適應性。
    4.有關技術和設（shè）備要（yào）求
    （1）有關技（jì）術。若試驗的目的僅僅是檢查試驗樣品（pǐn）在低溫時能否正常工作，則試驗的時（shí）間隻限於使試驗樣品溫度（dù）達（dá）到穩定即（jí）可（kě）；若作為與低溫耐久性（xìng）或可靠性相聯係（xì）的有關試驗時，則其試驗所（suǒ）需的持續時間按有關標準規（guī）定。
    試驗時（shí）要注意（yì）區分兩類試（shì）驗樣品：無人工冷卻的試驗樣品和有人工冷卻的（de）試驗樣品。無人工冷卻的（de）試驗（yàn）樣品分為無（wú）強迫空氣循環的試驗和有強迫空氣循環的試驗，無強迫空（kōng）氣循環的試驗（yàn），是模擬自由空氣條件影響的一種試驗方法。有強迫空（kōng）氣循環的試驗，有兩種方法。方法 A 適用於試驗箱足夠大，不用強迫空氣循環也可滿足試驗要求，但僅能借助（zhù）空氣（qì）循環才能保持箱內的（de）環境（jìng）溫度。方（fāng）法B用於方法A不（bú）能應用的（de）場合，例如，用作試驗（yàn）的試驗箱體積太小，當無強迫空氣循環就不能符合試驗要求的場合（hé）。
    有人工冷（lěng）卻（què）的試驗樣品，一（yī）般可按無強迫空氣循（xún）環方法進行試驗。
    這（zhè）三項低溫試驗對於試驗樣品的工作性能試驗，必須按有關（guān）標準規定（dìng）對試驗樣品（pǐn）給予通電或電（diàn）氣（qì）負載，並檢查（chá）確定（dìng）能否達到規定（dìng）的功能。
按要求（qiú）施加規（guī）定的試驗條件前，應對樣品進行外觀及電氣和機械性能的初始檢測，然後按有關標準的規定在試（shì）驗期間或結束時加負載和進行中間檢測，檢測時試驗樣品不應從試驗箱中取出。按（àn）照規（guī）定要求進行恢複，後對樣品進行（háng）外觀及電氣和機械性能的檢測。
    （2）試驗設（shè）備要（yào）求。試驗箱應能夠在試驗工作（zuò）空間內保持規定的（de）溫度條（tiáo）件，可以采用強迫（pò）空氣循環來保持溫度均勻。為了限製輻射影響，試（shì）驗箱內壁各部分溫度（dù）與規定試驗溫度之差不應超過 8%（按開（kāi）爾文溫度計），且試驗樣品不應受到不符（fú）合上（shàng）述要求的任何加熱與冷卻（què）元器件的直接輻射（shè）。

    三、高溫試驗概述

    高溫環境條件可能改變（biàn）構成設備材料的物理性能和電（diàn）氣性能，能夠引起設備發生多種故障（zhàng）。例如不同材料膨脹係數不一致使得部件相互咬死、材料尺寸全部或局部改變、有機材料褪色、裂解或龜裂紋等。因此， 高溫試驗的目的是（shì）評價設備或元器件在高（gāo）溫工作、運輸（shū）或存儲（chǔ）條件下，高溫對樣品（pǐn）外觀、功能及性能等的影響（xiǎng）。高溫試驗對元器件及設備可靠性的影響很大（dà）。
    在進行高溫試驗時，應按照不同試驗目的遵循不同的原則（zé）。一是節省壽命原則，目的是（shì）施加（jiā）的環境（jìng）應力對試件（jiàn）的（de）損傷從小到大，使試件能經曆更多的試驗（yàn）項目；二是施加的（de）環境應力（lì）能（néng）限度地顯示疊加效應原（yuán）則（zé），按照這個原則應在振動和衝擊等力學環境試驗之後進行高溫試驗。在具體（tǐ）操作時，應（yīng）根據試件的特性、具體（tǐ）工作順序、預期使用場合、現有條（tiáo）件以及各個（gè）試驗環境的預期綜合效（xiào）應等因素確定試驗順序（xù）。確定壽命期間環境影響的（de）順序時，需要考慮元器件在使用中重（chóng）複出現（xiàn）的環境影響。
    在 GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》中涉及高溫試驗的有“高溫壽命試驗”，其試驗目的是用於確定試驗樣品在（zài）高（gāo）溫條件下（xià）工作一段（duàn）時間後，高溫對試（shì）驗樣品的電氣和機械性能的影響，從而對試（shì）驗（yàn）樣品（pǐn）的質量做出評定。
    在 GJB 128A—1997《半導體分立器件試驗方法》中涉及（jí）高溫試驗的有“高溫壽命（mìng）（非工作（zuò））”和（hé）“高溫壽命（非工（gōng）作）（抽樣方案）”兩種（zhǒng）試驗，前者的試驗的目的是用於確定器（qì）件在承受規定的高溫條件下是否符（fú）合規（guī）定的失效率，後者的試驗目的（de）是用於確定器件在承受規定的條件下是否符合規定的抽樣方案。
    電子元器件在高溫環境中，其（qí）冷卻條件惡化，散（sàn）熱困難，將使器件的電參數發生明顯變化或絕（jué）緣性能下降。例如，在高溫條（tiáo）件下，存（cún）在於半導體器（qì）件芯片表麵及管殼內的（de）雜質加（jiā）速反應，促使沾汙嚴重的（de）產品加速退化。此外，高溫（wēn）條件對芯片的體內缺（quē）陷、矽氧化層和鋁膜中的缺陷以及不（bú）良的裝片、鍵（jiàn）合工藝等也有一（yī）定的檢（jiǎn）驗效果。
    GJB 150《軍用設備（bèi）環境試驗條件》是設備環境試驗標準（zhǔn），它規定（dìng）了統（tǒng）一的環境（jìng）試驗條件或等級，用以評價設備適應自然環境和誘發環境的（de）能（néng）力，適用於設備研製、生產和交付各階段，是製定有關設備標準和技術文件的基礎（chǔ）和選用依據。

    四、高溫試驗方法與技（jì）術

    1.試（shì）驗條件
    對於溫度條件，GJB 360B—2009的“高溫（wēn）壽命試驗”條件從表1中選取。

表1 高（gāo）溫壽命試驗溫度條件

    GJB 128A—1997的高（gāo）溫試驗則一般選取規範中規定的溫度。

    對於試驗時間（jiān），GJB 360B—2009的“高溫壽命試驗”條（tiáo）件從表2中選取。

    GJB 128A—1997 的“高溫壽命（非工作）”試（shì）驗（yàn）時間按照有關規範的規定，“高溫壽命（非工作）（抽樣方案（àn））”試（shì）驗則一般選取340h。
在試驗期間，GJB 360B—2009的“高溫壽命試驗”規定施加在（zài）試驗樣品上的試驗電壓、工作循環、負荷及其他工作條（tiáo）件由（yóu）有（yǒu）關標準確定。
    2.試驗設備
    試驗設備（bèi）主要有 高低溫試驗箱和溫度計。高低溫試驗箱提供（gòng）一定的高溫場所（環境），溫度計用於測量和監控試驗溫度，還要有（yǒu）測量電性能參數的測量係統。
    3.試驗程（chéng）序
    （1）試驗樣品的安裝。試（shì）驗樣品應按其正常方式進行安裝。當幾組（zǔ）試驗樣品同時受試時，試驗樣（yàng）品之（zhī）間安裝距（jù）離應按單組的要求做出規定，當沒有規定距離時，安裝的距離應（yīng）使試驗樣品（pǐn）彼此之間溫度影響減至小，當不同（tóng）材料製成（chéng）的（de）試驗樣品互相之間可能會產（chǎn）生不良影響並會改變試驗結果時，則不能同時進行試驗。
    （2）初始檢測。初始檢驗應按有關規範的（de）規定，對試驗（yàn）樣品進行外觀檢查以及電性能及機械性能檢測。
    （3）試驗。確定試驗時間後，將試驗箱（室）溫度（dù）升至規定的溫度（dù），如果（guǒ）是工作試驗，還需要在試驗樣品上施加規定的電壓、工作循環、負荷及其他工（gōng）作條件。
    （4）中間檢測。中間（jiān）檢測是試驗期間（jiān）應按有（yǒu）關規範的規定，對試驗樣品進行性能檢測。
    （5）後檢測（cè）。後（hòu）檢測（cè）是試（shì）驗結束後（hòu），按有（yǒu）關規範的（de）規定，對（duì）試驗樣品進（jìn）行外觀檢查，電性能及機械性能檢測。
    4.有關技術與設備（bèi）要（yào）求
    （1）有關技（jì）術。對於試驗期（qī）間溫度的測量，應在距離被試任一樣品或同類樣品組的規定的自由間（jiān）隔內進行。此外，溫度測量也應在由樣（yàng）品所產生的熱對（duì）溫度記錄影（yǐng）響小的位置上進行。
    對於合格判據，應由具（jù）體的規範來規定。
    有關的具體規範在采用本試驗方法（fǎ）時，在（zài）適當的前提下應規定下列細則：
    ① 距試驗樣品的溫度測量位置（以厘米計算）；
    ② 如果適用，靜止空氣的要求；
    ③ 如果需要，安裝方法及試驗樣品間的距離；
    ④ 試驗溫度及溫度容差；
    ⑤ 試驗時間；
    ⑥ 工作（zuò）條件；
    ⑦ 檢測項目（mù）；
    ⑧ 失效判據。
    （2）試驗設備的要求。進行（háng）本試（shì）驗的設備應滿足以下要求：
    ① 高低溫（wēn）試驗箱應在試驗工作空間滿足本試驗規（guī）定的（de）試驗條（tiáo）件，可以采用強迫空氣循環來保持試驗條件的均（jun1）勻性，但不能（néng）強製氣流直接衝擊試驗樣品；
    ② 應減少輻射問題，高低溫試驗（yàn）箱各部分的壁溫與規定的試驗環境溫度之差不應大於3%（按（àn）熱力學溫度計），試驗箱（室）的結構（gòu）應使（shǐ）輻（fú）射熱對試驗樣品的影響（xiǎng）降至小程度（dù）；
    ③ 對於濕度，每立方米空氣中不應超過 20g 水（shuǐ）蒸氣（相當於 35℃時 50%的相對濕度（dù））。
    ④ 幹燥箱不適於做高溫試驗。
    不少單（dān）位進行例行高溫試驗時使（shǐ）用幹（gàn）燥箱做電子元（yuán）器（qì）件等電子產品的高溫試驗，這是不合適的，試驗後得到的數據不可靠，甚至燒壞樣品，導致錯（cuò）誤（wù）的結論。高溫箱（xiāng）必須（xū）提供符合高溫的試驗條件，真實地再現高溫環境，高（gāo）溫試驗時對設備的溫度偏差（chà）一般要求為±2℃，如果試（shì）驗尺寸較（jiào）大，溫度偏（piān）差和溫度波動度可以適當放寬。而幹燥箱采用的（de）是壁溫加熱的方法，試驗箱的牆壁（bì）溫度會大於規定的試驗（yàn）環境溫度 3%的誤差，且箱內無循環（huán）加熱通風，工作空間與箱（xiāng）壁的溫度偏差太大，箱內溫度不均勻（yún）。幹燥箱與高（gāo）溫箱有本（běn）質（zhì）區別，不（bú）能使用幹燥箱進行高溫試驗。

    五、溫度變化試驗概述（shù）

    涉及溫度變（biàn）化的試驗有GJB 360B—2009 的“溫（wēn）度衝擊試驗”、GJB 128A—1997 的“熱衝擊（液體-液體）”和“溫度循環（空氣-空氣）”、GJB 548B—2005 的“熱衝擊”和“溫（wēn）度循環”試（shì）驗。
    溫度衝擊試（shì）驗的目的在（zài）於確定試驗樣品耐（nài）受高、低溫極值交替衝擊的能力（lì），其（qí）中液體介質法用於（yú）評價試驗樣（yàng）品經受溫度變化速度更快的溫度衝擊的能力。

    對於空氣介質（zhì）法，GJB 360B—2009規定的試驗條件如表3所示。

表3 空氣介質法試驗條件

    對於液體介質法，GJB 360B—2009規定的試驗條件0~100攝氏度，偏差-5~0攝氏度。

    GJB 128A—1997和GJB 548B—2005規定的試驗條件如表4所示。

    GJB 128A—1997 和 GJB 548B—2009 規定從熱到冷（lěng）或從冷到熱的總（zǒng）轉移時間不應超過10s，負載應在5min內達到（dào）規定的溫度保持時間不（bú）應少於2min。

    六、溫度變（biàn）化試（shì）驗（yàn）方法及技術

    1.試（shì）驗方法
    1）初始檢測（cè）
    初（chū）始檢測應按有關規範的規定，對試驗樣品進行外觀檢查以及電性能（néng）和機械性能檢測。
    2）試驗樣（yàng）品的安裝
    對於空氣介質法，試驗樣品的（de）安裝按（àn）有關規範規定，當裝入（rù）試驗箱時，應使氣（qì）流暢通無阻地穿過或繞過試驗樣品。
    3）試驗
    空氣介質法的試驗要求如下：
    ① 先將試驗樣品置於低溫箱中，此時，低溫箱的溫度已（yǐ）調至（zhì）規定的極值溫度，並在此溫度下保持規定的（de）時間。
    ② 保溫時間（jiān）結（jié）束，在（zài） 5min 內將試驗樣品從低溫箱移至高溫箱中（zhōng）。此時，高溫箱的（de）溫（wēn）度已調至規定的極值溫度，並在此溫度下保持規定的時間。
    ③ 保溫時間（jiān）結束，在 5min 內將試驗（yàn）樣品從高溫箱移至低溫箱中。此時，低（dī）溫箱的溫度已調至規定的極值溫度，並在此溫度下保持規定的時（shí）間。
    ④ 按規定的循環次數，重複（2）～（3）。當試驗（yàn）樣品（pǐn）從一個試驗箱轉換到另一個試驗（yàn）箱時，不應承受強製（zhì）的循環氣（qì）流。
    4）中間檢測
    中間檢測是試驗期間，按（àn）有關規範的規定，對試驗樣品進行性能檢測。
    5）恢複
    後循環結束，試（shì）驗樣品置於試驗的標（biāo）準大氣條件下（xià）達到（dào）溫度穩定。
    6）後檢測
    後檢（jiǎn）測是試（shì）驗結束後（hòu），應按有（yǒu）關規範規定，對試驗樣品進（jìn）行外觀檢查、電性能及機械性（xìng）能檢測。
    2.有（yǒu）關技術
    對於GJB 360B—2009，在采用單箱進行（háng）試驗的情況下，第1步和第3步（bù）的溫度極（jí）值是在沒有移動試（shì）驗樣品的情況下獲得的，第 2 步和第 4 步則（zé）不適用。但從低溫到高溫（或相（xiàng）反）的轉（zhuǎn）移時間（jiān）不應超過5min。
    初的 5 次循環應連續地進行。5 次循環後，在任（rèn）何一次循環完成之後都可以中斷試驗，在恢（huī）複試驗之前（qián）可允許試驗樣（yàng）品恢複到試驗（yàn）的標準大氣（qì）條件。
    對於（yú）GJB 128A—1997和GJB 548B—2005，樣品放在容器（qì）中的位置應使得液體無（wú）阻礙地越過和圍繞樣品流動。當試驗樣品批增加或（huò）減少，或在電源和設（shè）備故障時，規定完成的總循環次數的試驗可以中斷，但如（rú）果中斷次數超過（guò）規定的總循環次數的（de） 10%，則試驗必須重新（xīn）開始。
    對於失效判（pàn）據，由有關規範規定。
    有關規範采用本試驗時應規定下列細則：
    ① 安裝方（fāng）法；
    ② 試驗條件，如循環次數，在極（jí）限溫度下的試驗時間；
    ③ 初始、中間及後檢測方法。
    ④ 轉移時間；
    ⑤ 恢複時間；
    ⑥ 失效判據。
    3.試驗設備（bèi）的要求
    對（duì）於空氣介質法，試驗設備的要求如下：
    ① 高低溫冷熱衝擊試（shì）驗箱應能滿足規定的極限溫度條件；
    ② 高低溫冷（lěng）熱衝擊試驗箱應（yīng）符合本試驗規定的容差；
    ③ 試驗箱應有足夠的熱容量，以便試驗樣品放入試驗箱後（hòu），在 5min 內（nèi）工作（zuò）空間就能恢複到（dào）規定的溫度（dù）值（zhí）；
    ④ 試驗樣品的安裝和（hé）支撐架的熱導率應低，以保證試驗樣（yàng）品與安裝和支撐架間處於一種絕熱狀態。
    對於液體介質法，GJB 360B—2009對試驗設備的要求如下：
    ① 應有兩個液槽，一個用於低溫，另一個用（yòng）於（yú）高溫。試驗時，試驗（yàn）樣品應能方便地（dì）浸入，並能迅速從一個槽轉入另一個槽。在上述浸入與轉換時，液體不應被攪動。

    ② 低溫槽中的液體溫度為

    ③ 高溫槽中的液體溫度為

    ④ 試驗用的液體，應與試驗樣品生產使用的（de）材料和保護層相適（shì）應，一般用水。
    GJB 128A—1997和GJB 548B—2005對試驗設備的要求如下：
    ① 所用容器在裝（zhuāng）有負載時，應能（néng）在工作區提供和控製規（guī）定的溫度；
    ② 熱（rè）容量和液體循環必須使工作區（qū）和負載滿足規定的條件和時限；
    ③ 在試驗期間，應采用（yòng）指（zhǐ）示器或記錄器讀出監測敏（mǐn）感器的讀數，應連續地監（jiān）測壞情（qíng）況負載溫度；

    ④ 當需要確認容器性能（néng）時，應在負載和配置條件下（xià）證實壞情況負載（zǎi）溫度。

來源：可靠性雜壇