电子元器件的恒定湿热试验如何选择?
2023/02/01

湿热环境普遍存在于电子产品的运输、贮存、使用整个寿命周期内,在湿热环境的影响下,电子产品中的绝缘材料和金属会吸附水蒸气,导致产品的退化现象出现。同时,在潮湿、温度和电应力的共同作用下,会引起电化学反应和金属腐蚀,导致电子设备的绝缘电阻下降、漏电增加,严重时出现飞弧、击穿的电路损坏等现象。

湿热试验一方面可以模拟实际使用中的湿热环境对产品的影响,另一方面也可以鉴定产品的防潮能力,评价产品在高温高湿条件下的安全可靠性。


湿热试验的目的:

湿热试验中主要有5种物理现象,分别是吸附、凝露、扩散、吸收和呼吸作用。

吸附:气体分子(在湿热试验中指水蒸气分子)在空间运动时可能碰撞固体物质(样品)的表面,当一定数量的分子“停留”在固体表面上的浓度高于它在空间中的浓度,即产生了凝结,这种气体在样品表面上“停留”的现象称为吸附。因此,吸附也可以说是气体在样品表面上凝结和蒸发的一个中间过程。


凝露:说白了也是水分子在样品上的吸附现象,不过它是在试验温度上升时产生的。在升温阶段,样品表面温度低于周围空气露点温度时,水蒸气便会在样品表面凝结成液体形成水珠。在交变湿热试验的升温阶段,由于样品的热惯性,使它的温度上升滞后于试验箱的温度。因而便产生了凝露现象。

这种表面凝露量的多少,取决于样品本身的热容量大小,以及升温速度和升温阶段的相对湿度,此外,在交变湿热试验的降温阶段,封闭外壳的内壁也会出现凝露现象。


扩散:是分子运动的一种物理现象。在扩散过程中,分子总是从浓度大的地方迁移到浓度小的地方。湿热试验时,空气中水蒸气向浓度较低的材料内部扩散的速度可以用菲克定律表示出来。所以,湿热试验中由扩散引起的潮气侵入,除了取决于试验条件中的优良湿度与温度,还与样品的材质有关。


吸收(也称为流通):是指水蒸气与空气混合通过材料的间隙进入材料内部,它由扩散、渗透或毛细管凝结三种物理过程综合形成。扩散和渗透不仅与试验条件中的湿度(直接影响水蒸气压力)及温度有关,还与材料之扩散或者渗透系数息息相关,也就是说和样品的材质有关。


呼吸作用:具有封闭外壳的设备,若是内部存在较大容积的空腔,在试验温度变化时,空腔内空气压力会随之变化,因这种压力变化而引起空腔内外空气的交流即为呼吸作用。

这种呼吸作用进入空腔内的潮气量,除了与空气中的湿度有关,试验条件的温度变化速率及温度变化范围也不可或缺。



试验原理:

1、恒定湿热试验

恒定湿热试验即温度湿度试验条件均不随时间变化的湿热试验。产品之受潮作用主要由水蒸汽吸附、吸收及扩散三种物理现象引起,在测试产品使用场所环境温度变化不大,产品表面不会产生凝露现象时可选择恒定湿热试验方法。

高温与高湿度同时作用,会加速金属件腐蚀跟绝缘材料老化。对于半导体器件,要是水汽渗透进管芯,还将引起电参数变化。特别是两种不同金属材料的键合处或者连接处,水汽渗入将产生电化学反应,大大加快腐蚀速度。

在湿热环境中,管壳的电镀层有可能剥落,外引线亦可能生锈或者锈断。所以,高温高湿度的环境条件是考核器件稳定性与可靠性的重要试验之一。


2、交变湿热试验

交变湿热试验方法,即温度湿度条件在24小时内,周期性地徘徊变化于高温高湿跟低温高湿之间的一种湿热试验。

当测试样品处于交变的高湿、高温条件下时,水汽借助温度以扩散、热运动、呼吸作用和毛细现象等被吸入器件内部。其吸入量一方面与温度、绝对湿度、时间有关(温度越高,水分子活动能越大,水分子更容易易进入器件内部。绝对湿度越大,水分子含量越多,水分子渗入器件内部之可能性也更大)。

另一方面与温度变化率、温差有关(温度变化率决定了单位时间内“呼吸”的次数;温差大小决定了“呼吸”程度大小)。高温与高湿度同时交变作用,将加速金属配件的腐蚀与绝缘材料之老化。

交变湿热试验和恒定湿热试验不同,它用温度循环来提高测试效果,目的在于提供一个凝露与干燥的交替过程,使进入密封外壳内的水汽产生“呼吸”作用,从而加速腐蚀过程。在高温下,潮气影响会更明显。

试验包括一个低温子循环,它能加速显现在其他情况下不易发现的退化作用。通过测量电特性(击穿电压与绝缘电阻)或者进行密封试验即可揭示此退化现象。需要的话,交变湿热试验也可对某些元件施加一定电负荷,用来确定载流元件,尤其是细导线与接点的抗电化学腐蚀能力。



如何选择湿热试验类型?

1、根据样品自身的特性选择湿热试验方法。试验样品是固体实心的,或者是绝缘材料,通常采用恒定湿热试验,检验产品在潮湿大气中的电性能或绝缘性能;如果试验样品是密封或空心的,常采用交变湿热试验,因为样品会在热应力的作用下发生热胀冷缩导致产品受潮。

2、根据样品的受潮机理选择湿热试验方法。样品是以吸附或吸收水分后而受潮的,一般应采用恒定湿热试验;样品是以凝露或通过呼吸作用加强了湿度对产品的影响的,应采用交变湿热试验。


实验设备:

1、湿热试验、恒定湿热试验、交变湿热试验的设备分别为:湿热试验箱、恒定湿热试验箱以及高低温湿热试验箱。

2、相关执行试验标准见G82423.22,GB2423.34,GJBl50.9等。

3、让试验箱产生潮湿条件的办法常见有水挥发加湿、气泡加湿、喷雾加湿以及蒸气加湿四种。