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濕熱環境是電子產品的“隱形殺手”,一項國際標準正悄然守護著各類電子元器件的可靠性與壽命。
你是否曾好奇,手機、電腦等電子設備如何在潮濕炎熱的環境中依然保持穩定工作?這背后離不開一系列嚴格的環境可靠性測試。
國際電工委員會發布的 IEC 60068-2-67 標準,正是用來評估電子產品在高溫高濕環境下耐受能力的重要規范。
IEC 60068-2-67 是一項專注于環境測試的國際標準,全稱為“環境測試—第2-67部分:試驗Cy:穩態濕熱加速試驗,主要適用于元器件”。
該標準發布于2019年7月,是1995年第一版及其2019年修訂版的合并版本,屬于國際電工委員會的基礎安全出版物。
它提供了一個標準化的測試流程,通過加速方式評估小型電工產品,尤其是非密封元器件,在濕熱環境下的抗劣化能力。
核心目的是在實驗室內模擬濕熱環境,加速水分滲透和材料退化過程,從而預測產品在實際使用中的可靠性。
這是一種“加速老化測試”,通過提高溫濕度條件,在較短時間內獲得產品長期耐候性的數據。
該標準主要針對小型電工產品,特別是非密封封裝的電子元器件。
例如,使用塑料封裝的集成電路、半導體器件、電容器、電阻器等,都是該測試的典型對象。測試關注的是濕熱環境對產品內部結構造成的退化效應。
例如,水分通過塑料封裝材料吸收水蒸氣,或沿著端子引腳滲入內部,可能導致金屬線路腐蝕、絕緣性能下降、材料膨脹等問題。
值得注意的是,本標準不適用于評估外部效應,如外殼腐蝕、結構變形等宏觀變化。它聚焦于由濕熱引起的材料與電氣性能的內在劣化。
試驗的核心條件是高溫與高濕的結合。標準規定了明確的嚴酷等級:
測試在恒定的溫度85°C和相對濕度85% 下進行。溫度允許偏差為±2°C,濕度允許偏差為±5%。
為了確保濕度均勻,測試箱內任意兩點之間的瞬時溫差不應超過1.5°C。
試驗的持續時間(即“嚴酷等級”)由相關產品規范指定,標準推薦了四個可選時長:
168小時(約7天)
504小時(約21天)
1000小時(約42天)
2000小時(約83天)
時長公差為+5%。這意味著,如果需要測試超過2000小時的耐受性,測試可以在中斷后96小時內重新開始,并累計計算時間。
在整個測試期間,樣品通常會被施加偏置電壓,以增強濕氣對電氣性能的影響,模擬實際帶電工作狀態。
測試完成后,樣品不能立即進行最終檢測。它需要一個恢復階段,以消除測試環境的瞬時影響。
除非另有規定,恢復應在標準大氣條件下進行,持續時間不少于2小時,不超過24小時。
標準大氣條件通常指溫度15°C至35°C,相對濕度25%至75%,具體取決于實驗室環境。
這一過程允許樣品溫度、濕度恢復均衡,內部可能存在的冷凝水蒸發,使后續的性能測量更能反映持續性的劣化損傷,而非瞬時狀態。
整個試驗流程嚴謹而有序,確保結果的可比性和重復性。
首先進行預處理和初始檢測,記錄樣品的初始外觀、尺寸和功能狀態。隨后將樣品安裝到已達到實驗室環境條件的測試箱工作區內。
安裝時需確保樣品不受加熱器或箱壁的輻射熱直接影響,必要時使用熱導率低的安裝架實現熱隔離。
進入測試循環后,在3小時內將箱內溫濕度升至規定值并穩定。期間樣品上不允許出現冷凝水。穩定后開始計算測試持續時間。
整個測試期間,偏置電壓應在條件穩定后施加,并持續到恢復階段開始。如果相關規范要求,可在測試期間進行中間測量,但不得改變測試條件或將樣品移出箱體。
測試結束時,在1至4小時內將溫濕度恢復至標準大氣條件,最后進入恢復階段并完成最終檢測。
測試的可靠性高度依賴符合要求的設備。
恒溫恒濕試驗箱是核心設備,必須能夠持續不間斷地產生并控制85°C/85%RH的條件至少2000小時。它應能監控工作區的溫濕度,并能實現升溫和降溫的平穩控制。
箱體結構需保證冷凝水不會滴落到樣品上,工作區內的水應被連續排出且不得重復使用。
箱體建造材料至關重要,必須使用耐腐蝕材料,如不銹鋼、玻璃、陶瓷等,以防止自身腐蝕污染測試環境或樣品。
加濕用水必須使用蒸餾水或去離子水,其電阻率應在2000 Ω·m 至 500 Ω·m之間,或在23°C時電導率在5 μS/cm 至 20 μS/cm 之間。
水質過低可能損害加濕系統,過高則容易產生水垢,影響測試。每次測試前,都應對測試箱及內部所有支架進行徹底清潔。
除了主要流程,一些細節同樣決定測試的成敗。樣品在測試時應保持 “接收時”的狀態,遵循正常操作程序,不應進行特殊清潔。預先清潔可能會去除表面污染物,導致測試無法反映真實使用中出現的失效。
偏置電壓的應用需謹慎,其目的是增強濕氣效應,而非模擬正常工作。電壓選擇應遵循幾條原則:保證樣品特定位置的溫升低于環境溫度2°C;在促進水解的同時限制樣品自發熱。
若連續偏置導致顯著自發熱,建議采用間歇施加模式,如斷電3小時、通電1小時,且循環從斷電開始。這能防止樣品局部溫度過高,反而降低關鍵位置的相對濕度,與測試目的背道而馳。
IEC 60068-2-67標準為我們提供了一套科學、系統的方法,用于評估電子元器件在惡劣濕熱環境下的生存能力。
從精密的測試箱到嚴格的水質要求,從漫長的恒溫恒濕保持到細致的恢復流程,每一個環節都旨在模擬真實、加速失效、揭示風險。
對于電子產品制造商而言,遵循該標準進行測試,是提升產品可靠性、贏得市場信任的重要一環。
對于普通消費者,了解這些背后的“壓力測試”,也能讓我們對所使用電子產品的耐用性和安全性有更深的認識。
畢竟,那些能在濕熱考驗中“過關”的元器件,更有可能在我們日常多變的環境中穩定、長久地工作。
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