一、 什么是冷熱沖擊試驗(yàn)箱？

冷熱沖擊試驗(yàn)箱，又名溫度沖擊試驗(yàn)箱或熱冷沖擊試驗(yàn)箱，是一種用于測(cè)試材料、零部件、電子產(chǎn)品乃至整個(gè)設(shè)備在極短時(shí)間內(nèi)，承受高溫和低溫交替變化的能力的環(huán)境可靠性測(cè)試設(shè)備。

其核心特點(diǎn)是快速溫度變化，它不像恒溫恒濕箱那樣緩慢升降溫，而是通過(guò)一種或多種技術(shù)手段，使測(cè)試樣品在幾秒到幾十秒內(nèi)暴露在另一個(gè)嚴(yán)苛溫度環(huán)境中，從而模擬嚴(yán)酷的溫度沖擊條件。

二、 主要工作原理與結(jié)構(gòu)類(lèi)型

冷熱沖擊試驗(yàn)箱的核心原理是將樣品在兩個(gè)獨(dú)立的溫區(qū)（高溫區(qū)和低溫區(qū)）之間快速轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換方式的不同，主要分為以下三種類(lèi)型：

1. 兩箱式（提籃式）冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：擁有一個(gè)高溫試驗(yàn)箱和一個(gè)低溫試驗(yàn)箱。測(cè)試樣品放置在一個(gè)可移動(dòng)的提籃（吊籃）中。

• 工作原理：試驗(yàn)時(shí)，提籃根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，在高溫箱和低溫箱之間快速移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)樣品的溫度沖擊。

• 優(yōu)點(diǎn)：溫度轉(zhuǎn)換速度快（通常<10秒），溫度恢復(fù)時(shí)間短，沖擊效果強(qiáng)烈。

• 缺點(diǎn)：在沖擊過(guò)程中，樣品會(huì)暴露在室溫環(huán)境中，有短暫的“停留"，但此時(shí)間極短，通常可忽略。

2. 三箱式（靜態(tài)式）冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：分為高溫區(qū)、低溫區(qū)和測(cè)試區(qū)（樣品區(qū)）三部分。測(cè)試樣品始終放置在測(cè)試區(qū)。

• 工作原理：通過(guò)打開(kāi)/關(guān)閉高溫區(qū)與測(cè)試區(qū)、低溫區(qū)與測(cè)試區(qū)之間的風(fēng)門(mén)，利用風(fēng)機(jī)將高溫或低溫氣流快速吹入測(cè)試區(qū)，對(duì)靜止的樣品進(jìn)行溫度沖擊。

• 優(yōu)點(diǎn)：樣品在測(cè)試過(guò)程中保持靜止，避免了機(jī)械移動(dòng)可能帶來(lái)的振動(dòng)影響，適合測(cè)試一些脆弱或?qū)φ駝?dòng)敏感的產(chǎn)品。

• 缺點(diǎn)：溫度轉(zhuǎn)換速度和溫度恢復(fù)時(shí)間相對(duì)兩箱式稍慢。

3. 液槽式冷熱沖擊箱

• 結(jié)構(gòu)：使用高溫硅油槽和低溫硅油槽作為傳熱介質(zhì)。

• 工作原理：通過(guò)機(jī)械臂將樣品籃快速浸入高溫油槽和低溫油槽中，實(shí)現(xiàn)極其快速和劇烈的熱交換。

• 優(yōu)點(diǎn)：溫變速率極快（通常<10秒），沖擊強(qiáng)度最大，能實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)酷的測(cè)試。

• 缺點(diǎn)：運(yùn)行成本高（硅油需定期更換），可能會(huì)對(duì)樣品造成污染（如殘留油漬），不適合所有產(chǎn)品。

目前，兩箱式和三箱式是市場(chǎng)上最常見(jiàn)和主流的產(chǎn)品。

三、 核心技術(shù)參數(shù)

在選擇和評(píng)估冷熱沖擊試驗(yàn)箱時(shí)，需要關(guān)注以下關(guān)鍵參數(shù)：

• 溫度范圍：高溫范圍（如+150°C, +200°C）和低溫范圍（如-40°C, -55°C, -65°C）。

• 預(yù)熱/預(yù)冷容量：確保設(shè)備能快速將高溫區(qū)和低溫區(qū)恢復(fù)到目標(biāo)溫度，以滿足連續(xù)沖擊的要求。

• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：這是最重要的參數(shù)之一。指樣品從高溫到低溫（或反之）暴露環(huán)境的轉(zhuǎn)換時(shí)間，通常要求小于10秒或5秒。

• 溫度恢復(fù)時(shí)間：在樣品轉(zhuǎn)換后，測(cè)試區(qū)溫度恢復(fù)到設(shè)定沖擊溫度所需的時(shí)間，通常要求小于5分鐘。

• 樣品區(qū)尺寸：內(nèi)箱尺寸，決定了能放置多大的測(cè)試樣品。

• 負(fù)載能力：提籃的最大載重（針對(duì)兩箱式）。

• 溫度波動(dòng)度/均勻度：在穩(wěn)定時(shí)，測(cè)試區(qū)內(nèi)溫度的穩(wěn)定性和均勻性。

四、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

冷熱沖擊試驗(yàn)遵循一系列國(guó)際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以確保測(cè)試的一致性和可比性。常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)包括：

• IEC 60068-2-14：電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2-14部分：試驗(yàn)N：溫度變化。

• MIL-STD-883：微電子器件試驗(yàn)方法和程序。

• MIL-STD-202：電子及電氣元件試驗(yàn)方法。

• JESD22-A104：集成電路的溫度循環(huán)測(cè)試。

• GB/T 2423.22：中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)N：溫度變化。

五、 主要應(yīng)用領(lǐng)域

冷熱沖擊試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于需要高可靠性的行業(yè)：

1. 電子電氣行業(yè)：PCB電路板、IC集成電路、芯片、電容、電阻、連接器、手機(jī)、電腦等。用于發(fā)現(xiàn)焊接開(kāi)裂、材料不匹配、芯片分層等缺陷。

2. 汽車(chē)電子：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、傳感器、車(chē)燈、電池等在嚴(yán)苛溫度環(huán)境下的可靠性。

3. 航空航天：對(duì)安全性要求高的機(jī)載設(shè)備、衛(wèi)星部件等。

4. 金屬材料：檢驗(yàn)金屬材料在不同溫度下的物理和化學(xué)性能。

5. 塑料和橡膠：測(cè)試其在溫度快速變化下的脆化、老化、變形等情況。

6. 科研機(jī)構(gòu)和質(zhì)量檢測(cè)中心：用于產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)證和可靠性研究。

六、 測(cè)試目的與意義

通過(guò)冷熱沖擊測(cè)試，可以提前暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)和工藝上的潛在缺陷，主要包括：

• 材料膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的開(kāi)裂、斷裂。

• 電子元器件焊點(diǎn)開(kāi)裂、脫落。

• 集成電路的內(nèi)部分層。

• 絕緣材料的性能退化。

• 涂層、鍍層的起泡或剝落。

總而言之，冷熱沖擊試驗(yàn)箱是驗(yàn)證產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性和可靠性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少售后失敗風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵測(cè)試設(shè)備。