冷熱沖擊應(yīng)力試驗根據(jù)經(jīng)驗影響產(chǎn)品可靠性各種環(huán)境應(yīng)力中，溫度應(yīng)力所占的比重如圖1所示。

冷熱沖擊應(yīng)力試驗其中各種溫度應(yīng)力對產(chǎn)品可靠性的影響比重如圖2所示。

一、低溫試驗概述
低溫試驗是用來確定元器件、設(shè)備或其他產(chǎn)品在低溫環(huán)境條件下的使用、運(yùn)輸或存儲能力。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，對產(chǎn)品的要求不斷提高，電子產(chǎn)品低溫工作的質(zhì)量與可靠性指標(biāo)備受關(guān)注。
低溫試驗用于考核或確定產(chǎn)品在低溫環(huán)境條件下存儲和（或）使用的適應(yīng)性，不用于評價產(chǎn)品在溫度變化期間的耐抗性和工作能力。在產(chǎn)品開發(fā)階段、元器件的篩選階段可通過低溫試驗來考核產(chǎn)品。
冷熱沖擊應(yīng)力試驗低溫對產(chǎn)品的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）橡膠等柔韌性材料的彈性降低，并產(chǎn)生破裂，如熱縮管的低溫試驗；
（2）金屬和塑料脆性增大，導(dǎo)致破裂或產(chǎn)生裂紋，如金屬封裝外殼的低溫試驗；
（3）由于材料的收縮系數(shù)不同，在溫變率較大時，會引起活動部位卡死或轉(zhuǎn)動不靈，如電連接器的低溫試驗；
（4）潤滑劑黏性增大或凝固，活動部件之間摩擦力增大、引起動作滯緩，甚至停止工作；
（5）電子元器件電參數(shù)漂移，影響產(chǎn)品的電性能，如集成電路三溫測試中的低溫測試；
（6）結(jié)冰或結(jié)霜引起產(chǎn)品結(jié)構(gòu)破壞或受潮等。
冷熱沖擊應(yīng)力試驗低溫試驗條件的設(shè)定由電子元器件產(chǎn)品設(shè)計和使用的環(huán)境條件決定，產(chǎn)品要求在怎么樣的環(huán)境溫度下使用，試驗室就應(yīng)該采用相應(yīng)的溫度條件來對其進(jìn)行適應(yīng)性試驗考核，因此，試驗條件與環(huán)境條件相一致而不矛盾。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電子元器件、儀器、儀表基本環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，溫度下限為 0℃、-10℃、-25℃、-40℃等幾檔，根據(jù)調(diào)查和收集到的資料，我國境內(nèi)氣象站測得的低溫度為-51℃，大興安嶺地區(qū)曾經(jīng)測得低溫度為-62℃，因此，增加了-55℃、-65℃等幾檔。
隨著電子元器件的進(jìn)一步發(fā)展，一些連接器、線纜組件需要承受-100℃的超低溫沖擊情況，在特定條件下，需要增加-100℃或-110℃的超低溫試驗條件。在此嚴(yán)酷條件下，對電子元器件的考核是嚴(yán)酷的。
對于試驗保持時間，標(biāo)準(zhǔn)將低溫試驗的持續(xù)時間定為 2h、16h、72h、96h 四種，這主要是從電子元器件產(chǎn)品使用環(huán)境出發(fā)考慮的，為西歐、日本等國所采用。但美國Military標(biāo)準(zhǔn)普遍采用保持24h或72h兩種。我國軍用標(biāo)準(zhǔn)提出按產(chǎn)品重量來確定試驗時間。
冷熱沖擊應(yīng)力試驗低溫試驗保持時間的長短，應(yīng)取決于該產(chǎn)品在某一低溫條件下保證內(nèi)部凍透，即內(nèi)部溫度達(dá)到與試驗條件相平衡（偏差小于 3℃），而不一定需要延長試驗時間（對延長試驗時間是否有影響也進(jìn)行過一些試驗驗證），因為低溫下的作用結(jié)果不像高溫時的“熱老化”作用有“積累”意義。因此，保持時間只要能使樣品凍透，有足夠時間使材料受溫度影響而產(chǎn)生收縮變形就可以了。
二、低溫試驗技術(shù)和方法
1.試驗?zāi)康?br />低溫試驗用于考核產(chǎn)品在低溫環(huán)境條件下存儲和使用的適應(yīng)性，常用于產(chǎn)品在開發(fā)階段的型式試驗和元器件的篩選試驗。
2.試驗條件
按照國標(biāo)GB 2423.1—2008規(guī)定如下：
（1）非散熱試驗樣品低溫試驗Ab：溫度漸變。
（2）散熱試驗樣品低溫試驗Ad：溫度漸變。
試驗的嚴(yán)酷程度由溫度和持續(xù)時間確定。
溫度：-65℃；-55℃；-40℃；-25℃；-10℃；-5℃；+5℃。試驗溫度的允許偏差均為±3℃。
持續(xù)時間：2h；16h；72h；96h。
3.冷熱沖擊應(yīng)力試驗試驗程序
試驗Ab：非散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗，用以確定非散熱的電子電工產(chǎn)品（包括元件、設(shè)備或其他產(chǎn)品）低溫下存儲和使用的適應(yīng)性。
將處于室溫的試驗樣品，按正常位置放入試驗箱內(nèi)，開動冷源，使試驗箱溫度從室溫降低到規(guī)定試驗溫度并使試驗樣品達(dá)到溫度穩(wěn)定。箱內(nèi)溫度變化速率為不大于 1℃/min（不超過5min時間的平均值）。
試驗Ad：散熱試驗樣品溫度漸變的低溫試驗，確定散熱電子電工產(chǎn)品（包括元器件、設(shè)備或其他產(chǎn)品）低溫條件下使用的適應(yīng)性。
4.有關(guān)技術(shù)和設(shè)備要求
（1）有關(guān)技術(shù)。若試驗的目的僅僅是檢查試驗樣品在低溫時能否正常工作，則試驗的時間只限于使試驗樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定即可；若作為與低溫耐久性或可靠性相聯(lián)系的有關(guān)試驗時，則其試驗所需的持續(xù)時間按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
試驗時要注意區(qū)分兩類試驗樣品：無人工冷卻的試驗樣品和有人工冷卻的試驗樣品。無人工冷卻的試驗樣品分為無強(qiáng)迫空氣循環(huán)的試驗和有強(qiáng)迫空氣循環(huán)的試驗，無強(qiáng)迫空氣循環(huán)的試驗，是模擬自由空氣條件影響的一種試驗方法。有強(qiáng)迫空氣循環(huán)的試驗，有兩種方法。方法 A 適用于試驗箱足夠大，不用強(qiáng)迫空氣循環(huán)也可滿足試驗要求，但僅能借助空氣循環(huán)才能保持箱內(nèi)的環(huán)境溫度。方法B用于方法A不能應(yīng)用的場合，例如，用作試驗的試驗箱體積太小，當(dāng)無強(qiáng)迫空氣循環(huán)就不能符合試驗要求的場合。
冷熱沖擊應(yīng)力試驗有人工冷卻的試驗樣品，一般可按無強(qiáng)迫空氣循環(huán)方法進(jìn)行試驗。
這三項低溫試驗對于試驗樣品的工作性能試驗，必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對試驗樣品給予通電或電氣負(fù)載，并檢查確定能否達(dá)到規(guī)定的功能。
按要求施加規(guī)定的試驗條件前，應(yīng)對樣品進(jìn)行外觀及電氣和機(jī)械性能的初始檢測，然后按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定在試驗期間或結(jié)束時加負(fù)載和進(jìn)行中間檢測，檢測時試驗樣品不應(yīng)從試驗箱中取出。按照規(guī)定要求進(jìn)行恢復(fù)，后對樣品進(jìn)行外觀及電氣和機(jī)械性能的檢測。
（2）試驗設(shè)備要求。試驗箱應(yīng)能夠在試驗工作空間內(nèi)保持規(guī)定的溫度條件，可以采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)來保持溫度均勻。為了限制輻射影響，試驗箱內(nèi)壁各部分溫度與規(guī)定試驗溫度之差不應(yīng)超過 8%（按開爾文溫度計），且試驗樣品不應(yīng)受到不符合上述要求的任何加熱與冷卻元器件的直接輻射。
三、冷熱沖擊應(yīng)力試驗高溫試驗概述
高溫環(huán)境條件可能改變構(gòu)成設(shè)備材料的物理性能和電氣性能，能夠引起設(shè)備發(fā)生多種故障。例如不同材料膨脹系數(shù)不一致使得部件相互咬死、材料尺寸全部或局部改變、有機(jī)材料褪色、裂解或龜裂紋等。因此，高溫試驗的目的是評價設(shè)備或元器件在高溫工作、運(yùn)輸或存儲條件下，高溫對樣品外觀、功能及性能等的影響。高溫試驗對元器件及設(shè)備可靠性的影響很大。
在進(jìn)行高溫試驗時，應(yīng)按照不同試驗?zāi)康淖裱煌脑瓌t。一是節(jié)省壽命原則，目的是施加的環(huán)境應(yīng)力對試件的損傷從小到大，使試件能經(jīng)歷更多的試驗項目；二是施加的環(huán)境應(yīng)力能zui大限度地顯示疊加效應(yīng)原則，按照這個原則應(yīng)在振動和沖擊等力學(xué)環(huán)境試驗之后進(jìn)行高溫試驗。在具體操作時，應(yīng)根據(jù)試件的特性、具體工作順序、預(yù)期使用場合、現(xiàn)有條件以及各個試驗環(huán)境的預(yù)期綜合效應(yīng)等因素確定試驗順序。確定壽命期間環(huán)境影響的順序時，需要考慮元器件在使用中重復(fù)出現(xiàn)的環(huán)境影響。
在 GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》中涉及高溫試驗的有“高溫壽命試驗”，其試驗?zāi)康氖怯糜诖_定試驗樣品在高溫條件下工作一段時間后，高溫對試驗樣品的電氣和機(jī)械性能的影響，從而對試驗樣品的質(zhì)量做出評定。
在 GJB 128A—1997《半導(dǎo)體分立器件試驗方法》中涉及高溫試驗的有“高溫壽命（非工作）”和“高溫壽命（非工作）（抽樣方案）”兩種試驗，前者的試驗的目的是用于確定器件在承受規(guī)定的高溫條件下是否符合規(guī)定的失效率，后者的試驗?zāi)康氖怯糜诖_定器件在承受規(guī)定的條件下是否符合規(guī)定的抽樣方案。
電子元器件在高溫環(huán)境中，其冷卻條件惡化，散熱困難，將使器件的電參數(shù)發(fā)生明顯變化或絕緣性能下降。例如，在高溫條件下，存在于半導(dǎo)體器件芯片表面及管殼內(nèi)的雜質(zhì)加速反應(yīng)，促使沾污嚴(yán)重的產(chǎn)品加速退化。此外，高溫條件對芯片的體內(nèi)缺陷、硅氧化層和鋁膜中的缺陷以及不良的裝片、鍵合工藝等也有一定的檢驗效果。
GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗條件》是設(shè)備環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了統(tǒng)一的環(huán)境試驗條件或等級，用以評價設(shè)備適應(yīng)自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境的能力，適用于設(shè)備研制、生產(chǎn)和交付各階段，是制定有關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件的基礎(chǔ)和選用依據(jù)。
四、高溫試驗方法與技術(shù)
1.試驗條件
對于溫度條件，GJB 360B—2009的“高溫壽命試驗”條件從表1中選取。

表1 高溫壽命試驗溫度條件
GJB 128A—1997的高溫試驗則一般選取規(guī)范中規(guī)定的Highest溫度。
對于試驗時間，GJB 360B—2009的“高溫壽命試驗”條件從表2中選取。

表2 高溫壽命試驗時間
GJB 128A—1997 的“高溫壽命（非工作）”試驗時間按照有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，“高溫壽命（非工作）（抽樣方案）”試驗則一般選取340h。
在試驗期間，GJB 360B—2009的“高溫壽命試驗”規(guī)定施加在試驗樣品上的試驗電壓、工作循環(huán)、負(fù)荷及其他工作條件由有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。
2.試驗設(shè)備
冷熱沖擊應(yīng)力試驗試驗設(shè)備主要有髙溫箱（高溫室）和溫度計。高溫箱或高溫室提供一定的高溫場所（環(huán)境），溫度計用于測量和監(jiān)控試驗溫度，還要有測量電性能參數(shù)的測量系統(tǒng)。
3.試驗程序
（1）試驗樣品的安裝。試驗樣品應(yīng)按其正常方式進(jìn)行安裝。當(dāng)幾組試驗樣品同時受試時，試驗樣品之間安裝距離應(yīng)按單組的要求做出規(guī)定，當(dāng)沒有規(guī)定距離時，安裝的距離應(yīng)使試驗樣品彼此之間溫度影響減至小，當(dāng)不同材料制成的試驗樣品互相之間可能會產(chǎn)生不良影響并會改變試驗結(jié)果時，則不能同時進(jìn)行試驗。
（2）初始檢測。初始檢驗應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行外觀檢查以及電性能及機(jī)械性能檢測。
（3）試驗。確定試驗時間后，將試驗箱（室）溫度升至規(guī)定的溫度，如果是工作試驗，還需要在試驗樣品上施加規(guī)定的電壓、工作循環(huán)、負(fù)荷及其他工作條件。
（4）中間檢測。中間檢測是試驗期間應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行性能檢測。
（5）后檢測。后檢測是試驗結(jié)束后，按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行外觀檢查，電性能及機(jī)械性能檢測。
4.有關(guān)技術(shù)與設(shè)備要求
（1）有關(guān)技術(shù)。對于試驗期間溫度的測量，應(yīng)在距離被試任一樣品或同類樣品組的規(guī)定的自由間隔內(nèi)進(jìn)行。此外，溫度測量也應(yīng)在由樣品所產(chǎn)生的熱對溫度記錄影響小的位置上進(jìn)行。
對于合格判據(jù)，應(yīng)由具體的規(guī)范來規(guī)定。
有關(guān)的具體規(guī)范在采用本試驗方法時，在適當(dāng)?shù)那疤嵯聭?yīng)規(guī)定下列細(xì)則：
① 距試驗樣品的溫度測量位置（以厘米計算）；
② 如果適用，靜止空氣的要求；
③ 如果需要，安裝方法及試驗樣品間的距離；
④ 試驗溫度及溫度容差；
⑤ 試驗時間；
⑥ 工作條件；
⑦ 檢測項目；
⑧ 失效判據(jù)。
（2）試驗設(shè)備的要求。進(jìn)行本試驗的設(shè)備應(yīng)滿足以下要求：
① 試驗箱（室）應(yīng)在試驗工作空間滿足本試驗規(guī)定的試驗條件，可以采用強(qiáng)迫空氣循環(huán)來保持試驗條件的均勻性，但不能強(qiáng)制氣流直接沖擊試驗樣品；
② 應(yīng)減少輻射問題，試驗箱（室）各部分的壁溫與規(guī)定的試驗環(huán)境溫度之差不應(yīng)大于3%（按熱力學(xué)溫度計），試驗箱（室）的結(jié)構(gòu)應(yīng)使輻射熱對試驗樣品的影響降至小程度；
③ 對于濕度，每立方米空氣中不應(yīng)超過 20g 水蒸氣（相當(dāng)于 35℃時 50%的相對濕度）。
④ 干燥箱不適于做高溫試驗。
不少單位進(jìn)行例行高溫試驗時使用干燥箱做電子元器件等電子產(chǎn)品的高溫試驗，這是不合適的，試驗后得到的數(shù)據(jù)不可靠，甚至燒壞樣品，導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。高溫箱必須提供符合高溫的試驗條件，真實地再現(xiàn)高溫環(huán)境，高溫試驗時對設(shè)備的溫度偏差一般要求為±2℃，如果試驗尺寸較大，溫度偏差和溫度波動度可以適當(dāng)放寬。而干燥箱采用的是壁溫加熱的方法，試驗箱的墻壁溫度會大于規(guī)定的試驗環(huán)境溫度 3%的誤差，且箱內(nèi)無循環(huán)加熱通風(fēng)，工作空間與箱壁的溫度偏差太大，箱內(nèi)溫度不均勻。干燥箱與高溫箱有本質(zhì)區(qū)別，不能使用干燥箱進(jìn)行高溫試驗。
五、冷熱沖擊應(yīng)力試驗溫度變化試驗概述
涉及溫度變化的試驗有GJB 360B—2009 的“溫度沖擊試驗”、GJB 128A—1997 的“熱沖擊（液體-液體）”和“溫度循環(huán)（空氣-空氣）”、GJB 548B—2005 的“熱沖擊”和“溫度循環(huán)”試驗。
溫度沖擊試驗的目的在于確定試驗樣品耐受高、低溫極值交替沖擊的能力，其中液體介質(zhì)法用于評價試驗樣品經(jīng)受溫度變化速度更快的溫度沖擊的能力。
對于空氣介質(zhì)法，GJB 360B—2009規(guī)定的試驗條件如表3所示。

表3 空氣介質(zhì)法試驗條件
對于液體介質(zhì)法，GJB 360B—2009規(guī)定的試驗條件0~100攝氏度，偏差-5~0攝氏度。
GJB 128A—1997和GJB 548B—2005規(guī)定的試驗條件如表4所示。

表4 液體介質(zhì)法的試驗條件
GJB 128A—1997 和 GJB 548B—2009 規(guī)定從熱到冷或從冷到熱的總轉(zhuǎn)移時間不應(yīng)超過10s，負(fù)載應(yīng)在5min內(nèi)達(dá)到規(guī)定的溫度保持時間不應(yīng)少于2min。
六、冷熱沖擊應(yīng)力試驗溫度變化試驗方法及技術(shù)
1.試驗方法
1）初始檢測
初始檢測應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行外觀檢查以及電性能和機(jī)械性能檢測。
2）試驗樣品的安裝
對于空氣介質(zhì)法，試驗樣品的安裝按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，當(dāng)裝入試驗箱時，應(yīng)使氣流暢通無阻地穿過或繞過試驗樣品。
3）試驗
空氣介質(zhì)法的試驗要求如下：
① 先將試驗樣品置于低溫箱中，此時，低溫箱的溫度已調(diào)至規(guī)定的極值溫度，并在此溫度下保持規(guī)定的時間。
② 保溫時間結(jié)束，在 5min 內(nèi)將試驗樣品從低溫箱移至高溫箱中。此時，高溫箱的溫度已調(diào)至規(guī)定的極值溫度，并在此溫度下保持規(guī)定的時間。
③ 保溫時間結(jié)束，在 5min 內(nèi)將試驗樣品從高溫箱移至低溫箱中。此時，低溫箱的溫度已調(diào)至規(guī)定的極值溫度，并在此溫度下保持規(guī)定的時間。
④ 按規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，重復(fù)（2）～（3）。當(dāng)試驗樣品從一個試驗箱轉(zhuǎn)換到另一個試驗箱時，不應(yīng)承受強(qiáng)制的循環(huán)氣流。
4）中間檢測
中間檢測是試驗期間，按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行性能檢測。
5）恢復(fù)
后循環(huán)結(jié)束，試驗樣品置于試驗的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下達(dá)到溫度穩(wěn)定。
6）后檢測
后檢測是試驗結(jié)束后，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范規(guī)定，對試驗樣品進(jìn)行外觀檢查、電性能及機(jī)械性能檢測。
2.有關(guān)技術(shù)
對于GJB 360B—2009，在采用單箱進(jìn)行試驗的情況下，第1步和第3步的溫度極值是在沒有移動試驗樣品的情況下獲得的，第 2 步和第 4 步則不適用。但從低溫到高溫（或相反）的轉(zhuǎn)移時間不應(yīng)超過5min。
初的 5 次循環(huán)應(yīng)連續(xù)地進(jìn)行。5 次循環(huán)后，在任何一次循環(huán)完成之后都可以中斷試驗，在恢復(fù)試驗之前可允許試驗樣品恢復(fù)到試驗的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件。
對于GJB 128A—1997和GJB 548B—2005，樣品放在容器中的位置應(yīng)使得液體*地越過和圍繞樣品流動。當(dāng)試驗樣品批增加或減少，或在電源和設(shè)備故障時，規(guī)定完成的總循環(huán)次數(shù)的試驗可以中斷，但如果中斷次數(shù)超過規(guī)定的總循環(huán)次數(shù)的 10%，則試驗必須重新開始。
對于失效判據(jù)，由有關(guān)規(guī)范規(guī)定。
有關(guān)規(guī)范采用本試驗時應(yīng)規(guī)定下列細(xì)則：
① 安裝方法；② 試驗條件，如循環(huán)次數(shù)，在極限溫度下的試驗時間；
③ 初始、中間及后檢測方法。④ 轉(zhuǎn)移時間；
⑤ 恢復(fù)時間；⑥ 失效判據(jù)。
3.試驗設(shè)備的要求
對于空氣介質(zhì)法，試驗設(shè)備的要求如下：
① 高溫箱、低溫箱應(yīng)能滿足規(guī)定的極限溫度條件；
② 高溫箱、低溫箱應(yīng)符合本試驗規(guī)定的容差；
③ 試驗箱應(yīng)有足夠的熱容量，以便試驗樣品放入試驗箱后，在 5min 內(nèi)工作空間就能恢復(fù)到規(guī)定的溫度值；
④ 冷熱沖擊應(yīng)力試驗試驗樣品的安裝和支撐架的熱導(dǎo)率應(yīng)低，以保證試驗樣品與安裝和支撐架間處于一種絕熱狀態(tài)。
對于液體介質(zhì)法，GJB 360B—2009對試驗設(shè)備的要求如下：
① 應(yīng)有兩個液槽，一個用于低溫，另一個用于高溫。試驗時，試驗樣品應(yīng)能方便地浸入，并能迅速從一個槽轉(zhuǎn)入另一個槽。在上述浸入與轉(zhuǎn)換時，液體不應(yīng)被攪動。
② 低溫槽中的液體溫度為0℃

③ 高溫槽中的液體溫度為100℃

④ 試驗用的液體，應(yīng)與試驗樣品生產(chǎn)使用的材料和保護(hù)層相適應(yīng)，一般用水。
GJB 128A—1997和GJB 548B—2005對試驗設(shè)備的要求如下：
① 所用容器在裝有大負(fù)載時，應(yīng)能在工作區(qū)提供和控制規(guī)定的溫度；
② 熱容量和液體循環(huán)必須使工作區(qū)和負(fù)載滿足規(guī)定的條件和時限；
③ 在試驗期間，應(yīng)采用指示器或記錄器讀出監(jiān)測敏感器的讀數(shù)，應(yīng)連續(xù)地監(jiān)測壞情況負(fù)載溫度；
④ 當(dāng)需要確認(rèn)容器性能時，應(yīng)在大負(fù)載和配置條件下證實壞情況負(fù)載溫度；