半導(dǎo)體電子元器件分析 溫度試驗(yàn)全面知識(shí)講解

溫度是物質(zhì)內(nèi)部分子（原子，電子）運(yùn)動(dòng)能量（內(nèi)能）的一種外在表征形式，溫度越高表示物質(zhì)內(nèi)部分子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)越劇烈，兩物體間的溫度相差也越大，在兩物體之間的熱交換量也越多。溫度試驗(yàn)是質(zhì)量與可靠性工程師經(jīng)常開展的環(huán)境試驗(yàn)，想要做好溫度試驗(yàn)，需要掌握的知識(shí)內(nèi)容很多，為幫助大家深入了解，本文將對(duì)溫度試驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)予以匯總。如果您對(duì)本文即將要涉及的內(nèi)容感興趣的話，那就繼續(xù)往下閱讀吧。

溫度對(duì)半導(dǎo)體電子元器件的影響

溫度相關(guān)試驗(yàn)是環(huán)境試驗(yàn)入門，包括高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、溫度變化試驗(yàn)。高低溫試驗(yàn)主要驗(yàn)證產(chǎn)品在極值溫度條件下是否發(fā)生變形或功能影響，是否可以正常運(yùn)作。溫度變化試驗(yàn)主要測(cè)試產(chǎn)品反復(fù)承受溫度極值的耐受力。

高溫條件下試件的失效模式

產(chǎn)品所使用零件、材料在高溫時(shí)可能發(fā)生軟化、效能降低、特性改變、潛在破壞、氧化等現(xiàn)象。

高溫環(huán)境對(duì)設(shè)備的主要影響有：

a. 填充物和密封條軟化或融化；

b. 潤(rùn)滑劑粘度降低，揮發(fā)加快，潤(rùn)滑作用減??；

c. 電子電路穩(wěn)定性下降，絕緣損壞；

d. 加速高分子材料和絕緣材料老化，包括氧化、開裂、化學(xué)反應(yīng)等；

e. 材料膨脹造成機(jī)械應(yīng)力增大或磨損增大。

低溫條件下試件的失效模式

產(chǎn)品所使用零件、材料在低溫時(shí)可能發(fā)生龜裂、脆化、可動(dòng)部卡死、特性改變等現(xiàn)象。

低溫環(huán)境對(duì)設(shè)備的主要影響有：

a. 使材料發(fā)硬變脆；

b. 潤(rùn)滑劑粘度增加，流動(dòng)能力降低，潤(rùn)滑作用減??；

c. 電子元器件性能發(fā)生變化；

d. 水冷凝結(jié)冰；

e. 密封件失效；

f. 材料收縮造成機(jī)械結(jié)構(gòu)變化。

溫度變化條件下試件的失效模式

產(chǎn)品所使用零件、材料在溫度劇烈變化時(shí)可能發(fā)生機(jī)械故障、開裂、密封損壞、泄漏等現(xiàn)象。

溫度劇烈變化對(duì)設(shè)備的主要影響有：

a. 使部件裝配點(diǎn)或焊接點(diǎn)松動(dòng)或脫落；

b. 使材料本身開裂；

c. 電子元器件性能發(fā)生變化；

d. 密封件失效造成泄漏；

非散熱試件和散熱試件

試件內(nèi)不產(chǎn)生熱量的為非散熱試件。在實(shí)驗(yàn)室可以采用以下較嚴(yán)格的定義：在沒有強(qiáng)迫空氣循環(huán)的自由空氣條件和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定的氣壓（86－106kPa）下，試驗(yàn)樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定后，試驗(yàn)樣品表面最熱點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度之差小于5℃的試驗(yàn)樣品。

若環(huán)境溫度不變時(shí)，非散熱試件的熱流方向如下：在環(huán)境溫度較高時(shí)，熱由環(huán)境大氣傳入試件；反之，熱由試件傳入周圍大氣。熱傳輸過程將不斷進(jìn)行直至試件各部分的溫度均達(dá)到周圍大氣溫度為止。此后熱傳輸過程停止。非散熱試件的最后穩(wěn)定溫度是放置試驗(yàn)樣品試驗(yàn)箱的平均溫度。

試件內(nèi)有熱量產(chǎn)生為散熱試件。較嚴(yán)格的定義為在沒有強(qiáng)迫空氣循環(huán)的自由空氣條件和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定的氣壓（86－106kPa）下，試驗(yàn)樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定后，試驗(yàn)樣品表面最熱點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度之差大于5℃的試驗(yàn)樣品。

散熱試件產(chǎn)生的熱量不斷向周圍環(huán)境大氣發(fā)散，直至試件產(chǎn)生的熱量與耗散在周圍大氣中的熱量相平衡，試件溫度達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)境溫度上升或下降時(shí)，試件內(nèi)部的溫度也將隨著一同上升或下降，直至達(dá)到新的平衡。散熱試件的最后穩(wěn)定溫度需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)量，當(dāng)試件的溫度每變化3℃后測(cè)量其間的時(shí)間間隔，當(dāng)相鄰兩段時(shí)間間隔之比大于1.7時(shí)，認(rèn)為已達(dá)到溫度穩(wěn)定狀態(tài)。

產(chǎn)品

對(duì)于目前的產(chǎn)品來說，在未工作狀態(tài)產(chǎn)品本身不產(chǎn)生熱量，因此在試件未工作狀態(tài)進(jìn)行的溫度試驗(yàn)都可作為非散熱試件來處理。在工作狀態(tài)進(jìn)行溫度試驗(yàn)的產(chǎn)品目前主要有燃油泵，點(diǎn)火線圈，怠速調(diào)節(jié)器等。這些產(chǎn)品如在工作條件下進(jìn)行溫度試驗(yàn)都應(yīng)作為散熱試件。特別是點(diǎn)火線圈，工作時(shí)的發(fā)熱量較大，應(yīng)對(duì)其上的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

試驗(yàn)區(qū)域空氣速度的影響

試驗(yàn)區(qū)域中空氣和試驗(yàn)樣品間的熱交換效率取決于空氣流動(dòng)的速度。

對(duì)于非散熱試件，較高的空氣流動(dòng)速度可以使試件各部分的溫度較快速的達(dá)到周圍空氣的溫度。一般在試驗(yàn)區(qū)域未擺放試件的情況下，空氣流動(dòng)速度應(yīng)不低于2m/s。

對(duì)于散熱試件，試件樣品最熱點(diǎn)的溫度高于周圍環(huán)境溫度時(shí)，應(yīng)在無強(qiáng)迫空氣流動(dòng)（自由空氣條件）的環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，否則試件的溫度將被降低，從而減小試驗(yàn)的嚴(yán)酷程度。

試驗(yàn)區(qū)域中試件的擺放

多個(gè)樣品在同一試驗(yàn)箱進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證所有樣品都處在同一環(huán)境溫度下，并具有相同的安裝條件。對(duì)于散熱樣品而言，各個(gè)試件之間不能因輻射散熱而影響到其它試件，即試件間間隔應(yīng)足夠大，這樣對(duì)于單個(gè)試件來說，其他散熱試件輻射到其上的熱量所造成的溫度變化就很小，到可忽略的程度。對(duì)于非散熱試件，溫度保持不變的高溫或低溫試驗(yàn)，試件間的間距可以不做要求，因?yàn)闇囟群愣ê笤嚰臏囟扰c溫度試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度保持一致，不發(fā)生熱量交換，試件間的間距對(duì)試驗(yàn)不會(huì)產(chǎn)生影響。非散熱試件的溫度變化試驗(yàn)試件間則應(yīng)該保持間隔，使試驗(yàn)件之間有足夠的空氣流動(dòng)，加速試件與溫度試驗(yàn)箱之間的熱交換，使試件盡快達(dá)到試驗(yàn)指定的溫度。

試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間的確定

在化學(xué)中一條常用的規(guī)律是在高溫下反應(yīng)的速度要快一些。 這一規(guī)律被應(yīng)用到技術(shù)中，以便進(jìn)行加速試驗(yàn)，這也被稱為阿侖尼斯方程。

阿侖尼斯關(guān)系從數(shù)學(xué)上的表示為：

AF(T)=e^(EA/K)*(1/T實(shí)際– 1/T試驗(yàn)室)

式中數(shù)值：

AF= 加速度系數(shù)

Ea=激活能

K=玻爾茲曼常數(shù)(8.65×10-5ev/K)

T實(shí)際=在實(shí)際負(fù)荷下的溫度(絕對(duì)溫度)

T實(shí)驗(yàn)室=在實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷下的溫度(絕對(duì)溫度)

為確定加速度系數(shù)激活能必須是已知的，對(duì)于一般的電子元件經(jīng)常采用的值是：Ea=0.44Ev

( 在產(chǎn)品不工作時(shí)進(jìn)行的低溫或高溫實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為試驗(yàn)樣品達(dá)到溫度穩(wěn)定后，根據(jù)試驗(yàn)樣品的特點(diǎn)和試驗(yàn)?zāi)康拇_定。也可從下列等級(jí)中選?。?，16，72，96h。t = t穩(wěn)定+ to (to由計(jì)算產(chǎn)生或=2，16，72，96h) 。

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