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為什么幾秒鐘的溫差,破壞力如此之大?
這種測(cè)試的核心,是利用了材料在劇烈溫度變化時(shí)的一個(gè)物理特性:熱脹冷縮不均。一個(gè)產(chǎn)品通常由多種材料組成,比如金屬、塑料、陶瓷、膠水。這些材料受熱膨脹、遇冷收縮的程度(熱膨脹系數(shù)CTE)是各不相同的。
當(dāng)產(chǎn)品在幾秒內(nèi)從極冷變?yōu)闃O熱(或反過來(lái))時(shí):
產(chǎn)品表面溫度瞬間劇變,但內(nèi)部溫度還沒來(lái)得及變化,產(chǎn)生巨大的溫度梯度。
不同部位、不同材料的膨脹和收縮程度差異巨大,在材料結(jié)合處會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)部應(yīng)力。
這種應(yīng)力如果足夠大,就會(huì)直接“撕裂”材料間的連接,或者讓材料本身產(chǎn)生裂紋。
它能暴露哪些“隱形”問題?
這種“瞬間切換”的考驗(yàn),特別擅長(zhǎng)暴露在緩慢溫度變化中隱藏得很深的缺陷。常見的問題包括:
焊點(diǎn)開裂:電路板(PCB)和芯片(BGA封裝等)的熱膨脹系數(shù)不同,反復(fù)的溫差沖擊會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)疲勞,出現(xiàn)微小裂紋,最終導(dǎo)致接觸不良或功能失效。
材料分層:芯片封裝材料(塑封料)與內(nèi)部的硅芯片之間,因膨脹差異導(dǎo)致界面分離。
密封失效:用于防水的密封圈或密封膠,在冷熱交替中可能會(huì)失去彈性或產(chǎn)生裂紋,導(dǎo)致密封失效。
脆性材料破裂:像陶瓷電容這類較脆的元件,在急冷急熱時(shí)容易直接出現(xiàn)裂紋甚至碎裂。
什么時(shí)候需要做這個(gè)測(cè)試?
如果你的產(chǎn)品使用場(chǎng)景中存在以下幾種情況,那冷熱沖擊測(cè)試就是一道繞不過去的坎:
環(huán)境溫差巨大:比如汽車電子(從北極的-40℃到發(fā)動(dòng)機(jī)艙的+150℃)、航空航天設(shè)備、常年暴露在戶外的5G基站等。
對(duì)可靠性要求:比如車規(guī)級(jí)芯片、醫(yī)療設(shè)備、軍工產(chǎn)品,這些領(lǐng)域的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(如AEC-Q100、MIL-STD-810H、IEC 60068-2-14等)通常都有明確的冷熱沖擊測(cè)試要求。
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