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IEC68-2-28濕熱試驗指引 IEC68-2-28Guidancefordampheattests
前言
本指引之目的在決定電工產品於濕熱環境下，不論是否凝結水滴，其電性或機械特性之變異情形。濕熱試驗亦可用來決定試件之腐蝕效應。
範圍
本指引提供一般規範作者所需之必要資訊，以選擇適當之試驗方法及試驗條件。本指引應與下列規範合用：
- IEC68-2-3試驗方法Ca：穩態濕熱。
- IEC68-2-56試驗方法Cb：裝備穩態濕熱。
- IEC68-2-30試驗方法Db：濕熱溫度循環。
- IEC68-2-38試驗方法Z/AD：組合溫度、濕度循環試驗。
將除去離子之水，噴霧成細小粒子，並藉由空氣帶入櫃中，此時大部份之霧狀粒子在途中已成為水氣狀態；注意不可直接將水噴入櫃中。此系統能迅速提供濕度且不大需要維修，但若直接噴射，則櫃中可能有少部份之霧狀粒子，濕度常因潤濕過度而不易控制。
將熱水蒸氣直接噴入溫度櫃中。此系統能迅速提供濕氣且容易控制(由蒸氣閥控制)，但在櫃中溫度較低之位置可能產生凝結現象。
氣泡式
以空氣吹入含水之管路中，造成飽和水氣。此系統在固定氣流條件下，可藉由改變水溫控制濕度，但若增加水溫則櫃溫亦隨之增加，且由於水之熱容關係，在時間上會產生延遲，此種方法在氣泡破裂時亦會產生少量霧狀水分子。
表面揮發
利用空氣通過一面積廣大之水面而得到濕潤，如空氣不斷經過靜止之水面，或水流垂直向下，空氣逆行而上。在此系統中霧狀之現象不易發生，濕度可藉由改變水溫來控制。但由於水之熱容關係，濕度之變化在時間上將產生延遲。
水溶液
由一密封且恆溫之標準化水溶液容器產生所需之相對濕度，例如以甘油或鹽溶液來控制相對濕度。此法簡單可靠，但不適用於生熱試件或會吸收大量水氣之試件，亦不可用來執行循環式試驗。
當試件放入溫度櫃中，若其表面溫度較櫃中露點溫度為低時，水氣將凝結於試件表面，因此欲避免水氣凝結時必須將試件預熱。若欲在試件表面產生水氣凝結，則試驗時櫃中之濕度與溫度必須迅速增加，使試件表面溫度低於露點溫度。若試件之熱時間常數(thermaltimeconstant)較低，則凝結僅在溫變率十分快速或是相對濕度接近100%時產生，升溫速率與試驗方法Db與Z/AD相同時，對小試件可能不產生凝結。若試件熱時間常數為τ，則升溫時試件表面產生凝結所需之相對濕度如下所示：
R.H.>100(1-0.05×τ×Δθ/Δｔ)
其中：
Δθ/Δｔ為櫃中氣溫之平均變化速率。
例：以試驗方法Db而言，溫度為＋25℃～＋55℃
Δθ/Δｔ＝(55-25)/(3×60×60)≒0.0028℃/s
對τ＝1分鐘之元件而言，相對濕度需達99.2%。
周遭溫度降低時，元件內壁表面將產生凝結現象，毛細凝結現象亦可在相對濕度遠低於100%時發生。一般而言，凝結現象可用目視清楚觀察出來，但是對表面粗糙不平之小試件而言，有可能看不出來。
材料種類、表面結構與水氣壓力可決定其表面吸附濕氣量之多寡，吸附現象通常不易評估，因為吸收現象同步發生且現象更明顯。
吸收水氣之多寡，通常決定於空氣中之水氣含量，一般而言，吸收現象將穩定進行到平衡為止，水氣之滲透率通常與溫度成正比。
水氣由有機材料製成之封裝外部擴散至內部之現象，如電容器與半導體等。
加速之目的在節省試驗時間，但需注意應力增加之後，失效機制可能與實際狀況不同。試驗嚴厲度之選用可參考操作與儲存條件之限制。凝結與吸附過程通常所需時間較短，但吸收與擴散過程在平衡狀態到達前可能長達數千小時。
一般而言，濕熱試驗之加速因子不可能獲得，但在固定之相對濕度下增加溫度，可加速試驗之進行。加速因子僅在滲透率、溫度與水氣壓力間之關係為已知時方能得知或經由實驗決定。
在不同試件均呈現相同之失效機制下，加速因子是允許使用的。穩態濕熱試驗可以下列兩種方法模擬實際溫濕度環境之加速試驗。
以較實際狀況嚴厲之溫濕度進行試驗。
若實際環境含高低條件之變化，通常僅考慮較嚴厲狀況，而忽略較低之部份，但因環境應力較低時屬乾燥階段，穩態濕熱試驗並不模擬此種狀況，因此試驗結果可能不同。
穩態試驗方法Ca及Cb
若吸收與吸附作用為最重要效應時，或是試件處於穩態濕熱環境下，則應進行穩態試驗。
主要用於評估元件在長期濕熱環境下之抵抗能力。本試驗法在決定試件於高濕環境下之電性特性是否仍能維持，亦可用來評估元件或組件之包裝是否能防護水氣擴散效應。
主要用於決定裝備在高濕環境且無凝結時之反應。當需要穩態濕熱環境時，本試驗法特別適用於大型裝備或有複雜接頭在櫃外之測試裝備。除主動冷卻裝置之溫度低於露點時會產生之凝結外，本試驗法在程序設計時即不希望試件上有任何凝結水滴。對生熱試件執行試驗時，需模擬自由空氣條件並考慮生熱對試件周遭環境之影響。
若因凝結或呼吸作用積存水氣為最重要效應時，可使用試驗方法Db。本試驗法分為兩種：
- 方法1：適用於吸收或因呼吸作用產生水氣滲入及積存為重要效應之各種狀況。
- 方法2：適用於使用簡易之試驗裝備，且無上述效應者。
"IEC68-2-17試驗方法Q：密封性試驗"可迅速偵測出具呼吸效應之裂縫，但無法重現循環濕度之效應。
試驗次序與組合試驗
執行一個或數個溫度循環試驗，為評估接合是否緊密與細小裂縫是否存在之最佳方法，但通常不需要同時改變溫度與濕度條件。
若先執行試驗方法C或Db，再接著執行"IEC68-2-14試驗方法N：溫度變化"，則效果更嚴厲。因試驗方法N之溫變率較高，加上溫度差範圍較大，將產生比試驗方法Db較高之熱應力。
若試件由不同之材料組成且含接合點，則建議先執行數個濕熱循環後，再執行一個低溫循環。IEC68-2-38試驗方法Z/AD中詳述此種試驗，此試驗法與其他循環式濕熱試驗不同，因其在固定時間內有較大之溫度變化與較高之上限溫度，且加上數個冰點以下之低溫循環，因此加速呼吸效應，並使留於裂縫之水份結冰，此為其主要之效應。在實際使用時，其發生情況較為緩慢，且結冰效應只有在裂縫足以讓水份滲透才能發生，如金屬與密封材料間之間隙或線頭之封膠處。多孔材料與細如髮絲之裂縫會吸收水份，因此最好執行穩態濕熱試驗。
環境效應
可分為下列四種(請參考圖1濕度效應圖)。
在濕度環境下，材料之機械與光學特性將改變。如尺寸因膨脹而變形，表面特性變化，摩擦係數或力量之變化等。以上特性之改變可決定應執行穩態或循環式試驗，或是否規定有凝結現象。
表面濕氣
絕緣材料之表面因凝結或吸收水氣造成電性變化，如電阻降低，甚至漏電。通常試驗方法Db或Z/AD可適用以上情形，若僅有吸附現象則試驗方法Ca、Cb可適用。在某些狀況下，試件在試驗中必須加電，但通常電性由於表面濕度增加，幾分鐘後即產生變化。
濕氣滲透
絕緣材料吸收濕氣後將導致其電性改變，如介電強度降低、絕緣降低與電容增加。因吸收與擴散過程時間很長，且平衡狀態要數百或數千小時才能達成，因此試驗時間需要適當加長。如試件以塑膠材料包覆之情形可能在試驗方法Ca之測試條件下可以忍受56天，但在六個月後，因吸收與擴散作用，吸收過多水份而失效。
評估試件受濕氣滲透之影響，有時極為困難，例如功能零件如以塑膠材料加以包覆或使用包裝形式之乾燥劑，則其效應評估十分不易。
通常腐蝕僅在高濕度下產生，因溫度與濕度之增高，腐蝕現象加速進行，最嚴重之腐蝕乃是在水氣不斷的凝結與蒸發交互進行下發生。通常濕熱試驗不適合決定腐蝕效應，但在金屬表面上若有殘餘污染如泥土或指紋等，則在高濕度時將加速腐蝕進行。又在凝結或高濕度下，即使無污染物，金屬與金屬或金屬與非金屬之連接點仍是腐蝕之源頭。
其它详见：IEC68系列标准列表
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