剖析：光模塊可靠性試驗之快速溫變試驗箱

現階段不同的標準對于快速溫變試驗箱有各自的名稱(chēng)，導致溫變試驗箱的名稱(chēng)混亂，在可靠性試驗交流中經(jīng)常因為各自參考的標準不一樣導致誤解。因此結合光模塊的可靠性試驗對快速溫變試驗進(jìn)行區分。

溫度變化分為兩種，一種是自然環(huán)境下的溫度變化，一種是人為引起的溫度變化。第一種溫度變化相對緩慢，第二種溫度變化速率各種情況都有，一般特指溫變率比較快的情況。

因為光模塊的溫變試驗根據溫度變化率的不同導致有不同的試驗目的，根據溫變率的不同可以分為以下幾種試驗：溫度循環(huán)，溫度沖擊，熱沖擊。

一、試驗目的

溫度循環(huán)試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品在高低溫交替變化下受到的影響。

溫度沖擊試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品經(jīng)受周?chē)髿鉁囟鹊耐蝗蛔兓瘯r(shí)的物理或性能的變化。

熱沖擊試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品在突然遭受到極端溫度劇烈變化時(shí)的抵抗力和產(chǎn)生的影響。

這三個(gè)試驗的區分點(diǎn)就是溫變率，“突然變化”和“劇烈變化”。

突然變化定義為“一分鐘內大于等于10°的空氣溫度變化”；

劇烈變化定義為“環(huán)境溫度在10秒內完成兩個(gè)極端溫度的轉換”。

二、試驗用途

溫度循環(huán)用于篩選剔除產(chǎn)品的早期失效，也可用于釋放產(chǎn)品組裝中的應力。主要用于產(chǎn)品量產(chǎn)階段。

溫度沖擊用于激發(fā)產(chǎn)品中潛在故障的工具，暴露產(chǎn)品的設計缺陷和工藝缺陷。主要用于研發(fā)階段。

熱沖擊用于利用超快速的溫度變化用于機械完整性驗證。主要用于研發(fā)階段。

三、其他

這三個(gè)溫度變化試驗在光模塊的整個(gè)生命周期過(guò)程中都會(huì )用到。據國外相關(guān)機構的收集的數據分析，對電子產(chǎn)品的篩選效果最好的單應力是溫度循環(huán)。在光模塊的設計生產(chǎn)中，一個(gè)是批量產(chǎn)品的老化階段，可以利用溫度循環(huán)和高溫加電兩個(gè)試驗進(jìn)行產(chǎn)品的篩選。先利用溫度循環(huán)進(jìn)行應力釋放和工藝缺陷篩選，然后利用高溫加電進(jìn)行早期失效的篩選；二是將溫度循環(huán)和帶電連接起來(lái)對產(chǎn)品進(jìn)行仿真自然環(huán)境下產(chǎn)品的工作情況，在這個(gè)試驗前需要對產(chǎn)品進(jìn)行一定的預處理，產(chǎn)品工作情況需要進(jìn)行監控，可以暴露一些可靠性試驗中無(wú)法暴露的缺陷；三是將溫度循環(huán)和帶電連接起來(lái)作為可靠性項目發(fā)現產(chǎn)品缺陷。后面兩種情況的溫變率一般比第一種情況設置的低一些。

溫度沖擊試驗的溫變率較高，且溫變率范圍跨度太大，一般25C/min以下采用機械制冷方式，當大于這個(gè)溫變率一般建議采用液氮來(lái)輔助制冷。對于光模塊的溫度沖擊可靠性試驗，也是GR468說(shuō)的溫度循環(huán)試驗，該試驗原始標準出處要求是環(huán)境溫度需要在1分鐘內轉換，一般采用多箱試驗箱，可以快速實(shí)現高低溫環(huán)境的轉換，但是產(chǎn)品的溫度要達到環(huán)境溫度需要一定的時(shí)間，并且這種可控的溫度變化使產(chǎn)品的溫變過(guò)程中在會(huì )產(chǎn)生局部的熱不平衡，導致互連失效，對于焊接，膠粘或機械連接都有很好的驗證效果。

熱沖擊試驗一般不是采用空氣作為溫變媒介，初期采用水作為溫變媒介時(shí)，要求試驗必須是密封的產(chǎn)品，后續由科技的發(fā)展，新的溫變媒介的出現，對于常規產(chǎn)品可以進(jìn)行該項試驗，該項試驗一般要考慮清潔步驟，防止溫變媒介帶來(lái)的性能誤差。這個(gè)試驗與多箱體的溫度沖擊試驗比較像，但是樣品在不同環(huán)境中的轉換時(shí)間更快，并且由于溫變媒介一般采用的時(shí)液體，樣品迅速浸沒(méi)后其本體溫度也會(huì )迅速達到環(huán)境溫度，溫度轉換時(shí)間非?？?。因此這個(gè)試驗已經(jīng)脫離的氣候環(huán)境試驗的范疇，一般是作為機械完整性試驗的一種，驗證產(chǎn)品結構完整性。

現階段有一個(gè)試驗結合了上述三個(gè)試驗的特點(diǎn)，就是HALT試驗：產(chǎn)品上電，利用液氮來(lái)實(shí)現低溫環(huán)境溫度的快速實(shí)現（高溫實(shí)現較簡(jiǎn)單），溫變率一般是60C/min，產(chǎn)品本體溫度可以迅速達到環(huán)境溫度，并且結合振動(dòng)試驗，快速的對產(chǎn)品的設計、工藝和產(chǎn)品完整性進(jìn)行驗證。這個(gè)試驗在前期也講過(guò)，沒(méi)有通過(guò)的概念，本質(zhì)是加速暴露薄弱點(diǎn)或者材料缺陷，可以針對性的加強。

快速溫變試驗箱還需要注意一個(gè)要點(diǎn)，這些實(shí)驗本質(zhì)都不是進(jìn)行產(chǎn)品耐高溫或低溫的試驗項目，都是利用溫變的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品的驗證。所以產(chǎn)品在極限溫度條件的保持時(shí)間一般不需要太長(cháng)，需要產(chǎn)品整體都達到環(huán)境溫度，保證溫變的起點(diǎn)溫度，一般15分鐘（具體可以根據實(shí)驗過(guò)程監控來(lái)定義），而不是簡(jiǎn)單粗暴的規定的越長(cháng)越好，畢竟溫變試驗的成本比單純的高溫，低溫試驗要高的多，耐高溫或低溫可以利用這兩個(gè)項目來(lái)執行即可。