半导体电子元器件分析 温度试验全面知识讲解

温度是物质内部分子（原子，电子）运动能量（内能）的一种外在表征形式，温度越高表示物质内部分子无规则的运动越剧烈，两物体间的温度相差也越大，在两物体之间的热交换量也越多。温度试验是质量与可靠性工程师经常开展的环境试验，想要做好温度试验，需要掌握的知识内容很多，为帮助大家深入了解，本文将对温度试验的相关知识予以汇总。如果您对本文即将要涉及的内容感兴趣的话，那就继续往下阅读吧。

温度对半导体电子元器件的影响

温度相关试验是环境试验入门，包括高温试验、低温试验、温度变化试验。高低温试验主要验证产品在*值温度条件下是否发生变形或功能影响，是否可以正常运作。温度变化试验主要测试产品反复承受温度*值的耐受力。

高温条件下试件的失效模式

产品所使用零件、材料在高温时可能发生软化、效能降低、特性改变、潜在破坏、氧化等现象。

高温环境对设备的主要影响有：

a.填充物和密封条软化或融化；

b.润滑剂粘度降低，挥发加快，润滑作用减小；

c.电子电路稳定性下降，绝缘损坏；

d.加速高分子材料和绝缘材料老化，包括氧化、开裂、化学反应等；

e.材料膨胀造成机械应力增大或磨损增大。

低温条件下试件的失效模式

产品所使用零件、材料在低温时可能发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象。

低温环境对设备的主要影响有：

a.使材料发硬变脆；

b.润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用减小；

c.电子元器件性能发生变化；

d.水冷凝结冰；

e.密封件失效；

f.材料收缩造成机械结构变化。

温度变化条件下试件的失效模式

产品所使用零件、材料在温度剧烈变化时可能发生机械故障、开裂、密封损坏、泄漏等现象。

温度剧烈变化对设备的主要影响有：

a.使部件装配点或焊接点松动或脱落；

b.使材料本身开裂；

c.电子元器件性能发生变化；

d.密封件失效造成泄漏；

非散热试件和散热试件

试件内不产生热量的为非散热试件。在实验室可以采用以下较严格的定义：在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面*热点温度与环境温度之差小于5℃的试验样品。

若环境温度不变时，非散热试件的热流方向如下：在环境温度较高时，热由环境大气传入试件；反之，热由试件传入周围大气。热传输过程将不断进行直至试件各部分的温度均达到周围大气温度为止。此后热传输过程停止。非散热试件的*后稳定温度是放置试验样品试验箱的平均温度。

试件内有热量产生为散热试件。较严格的定义为在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面*热点温度与环境温度之差大于5℃的试验样品。

散热试件产生的热量不断向周围环境大气发散，直至试件产生的热量与耗散在周围大气中的热量相平衡，试件温度达到稳定。当环境温度上升或下降时，试件内部的温度也将随着一同上升或下降，直至达到新的平衡。散热试件的*后稳定温度需要进行反复测量，当试件的温度每变化3℃后测量其间的时间间隔，当相邻两段时间间隔之比大于1.7时，认为已达到温度稳定状态。

产品

对于目前的产品来说，在未工作状态产品本身不产生热量，因此在试件未工作状态进行的温度试验都可作为非散热试件来处理。在工作状态进行温度试验的产品目前主要有燃油泵，点火线圈，怠速调节器等。这些产品如在工作条件下进行温度试验都应作为散热试件。特别是点火线圈，工作时的发热量较大，应对其上的温度进行监测。

试验区域空气速度的影响

试验区域中空气和试验样品间的热交换效率取决于空气流动的速度。

对于非散热试件，较高的空气流动速度可以使试件各部分的温度较快速的达到周围空气的温度。一般在试验区域未摆放试件的情况下，空气流动速度应不低于2m/s。

对于散热试件，试件样品*热点的温度高于周围环境温度时，应在无强迫空气流动（自由空气条件）的环境下进行试验，否则试件的温度将被降低，从而减小试验的严酷程度。

试验区域中试件的摆放

多个样品在同一试验箱进行高温实验时，应保证所有样品都处在同一环境温度下，并具有相同的安装条件。对于散热样品而言，各个试件之间不能因辐射散热而影响到其它试件，即试件间间隔应足够大，这样对于单个试件来说，其他散热试件辐射到其上的热量所造成的温度变化就很小，到可忽略的程度。对于非散热试件，温度保持不变的高温或低温试验，试件间的间距可以不做要求，因为温度恒定后试件的温度与温度试验箱内的温度保持一致，不发生热量交换，试件间的间距对试验不会产生影响。非散热试件的温度变化试验试件间则应该保持间隔，使试验件之间有足够的空气流动，加速试件与温度试验箱之间的热交换，使试件尽快达到试验指定的温度。

试验持续的时间的确定

在化学中一条常用的规律是在高温下反应的速度要快一些。这一规律被应用到技术中，以便进行加速试验，这也被称为阿仑尼斯方程。

阿仑尼斯关系从数学上的表示为：

AF(T)=e^(EA/K)*(1/T实际–1/T试验室)

式中数值：

AF=加速度系数

Ea=激活能

K=玻尔兹曼常数(8.65×10-5ev/K)

T实际=在实际负荷下的温度(**温度)

T实验室=在实验室负荷下的温度(**温度)

为确定加速度系数激活能必须是已知的，对于一般的电子元件经常采用的值是：Ea=0.44Ev

(在产品不工作时进行的低温或高温实验，试验的持续时间为试验样品达到温度稳定后，根据试验样品的特点和试验目的确定。也可从下列等级中选取：2，16，72，96h。t=t稳定+to(to由计算产生或=2，16，72，96h)。

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