Thermal shock and thermal cycling 及其相应chamber的区别

davidwang

目前很多朋友将thermalshock(冷热冲击)和thermalcycling(温度循环)测试以及相应的chamber搞混淆,在此我们共同探讨,希望我们最终都能够区分二者的区别.
欢迎大家拍砖!

[本帖最后由davidwang于2007-9-2413:26编辑]

davidwang

其实冷热冲击试验和温度循环试验的目的是不一样的.冷热冲击试验主要用于鉴定产品在高温和低温剧烈变化(冲击)情况下的承受能力,可能在实际情况(环境)下会出现的,正于Clark所讲,该情况下是不会进行湿度控制的;温度循环通常用来对产品进行可靠性筛选,剔除产品的早期失效,主要用于产品量产阶段,有时也用于研发阶段作为激发产品中潜在故障的工具,温度循环中可以加入湿度控制,即为温湿度交变试验.
据国外权威机构统计,对电子产品的筛选效果最好的单应力是温度循环,温度循环中又以温度变化为重,温度变化速率越快,其应力强度越大.由于在温度循环箱中温度的变化速率是类线性,所以能够计算出其加速因子(从下面筛选度的公式中可以鲜明地看出),目前温度循环试验箱所能够达到的温度变化速率为:采用机械制冷方式可以达到25C/min,若采用LN2制冷可以达到60C/min以上.而冷热冲击试验箱的温度变化速率是不规律的,不能计算其加速因子(不知是否有朋友见过?),所以不能利用冷热冲击试验箱来做可靠性的筛选,虽然有一些公司仍然采用这种方式来做筛选,其实是很危险的.

SS=1-exp{-0.0017(R+0.6)^0.6[Ln(e+v)]^3N}

式中：
SS——筛选度
R——温度循环的变化范围（℃）
V——温变率（℃/min）
N——温度循环次数

还有一些人对温度循环有一些误解,那就是温度循环是指温度变化速率低的试验方式,其实是因为目前国内生产相关设备的厂商由于技术水平的原因只能提供温度变化速率较慢的设备,且市场上这类设备的占有率非常高,所以给很多从事可靠性的朋友带来误导.通常温湿度交变试验箱(大家经常讲的标箱)是用来进行产品环境适应性和鉴定试验的,不适合做可靠性的试验(可靠性增长和可靠性筛选).但是环境试验是非常重要的试验,是可靠性试验的基础,所以我们又不能不重视环境试验,二者是相辅相成的.
以上是本人关于二者的一些劣见,欢迎大家的指正与批评!

[本帖最后由davidwang于2007-9-2510:08编辑]

nnlions

我也来发谈谈自己的看法。温度温度冲击主要是针对温度变化非常快的应用环境，如机载设备，从地面到飞到几千米的高空，只是几十秒的时间，温度变化由常温快速变为零下几十度。而温度循环更多是应用于ESS，也可以释放加于单元板上的应力，不少设备的印制板会先进行温度循环以施放加工过程中产生的应力。也有用于应力筛选的，主要是剔除早期失效，所以不可能采用很高的温变速率。

cliffcrag

支持,希望比较内行的高手分享一下.

oyboooooooo

我觉得是温度变化速率的区别,温度循环的变化速率可能是0.5℃/min,3℃/min或是5℃/min.而冷热冲击的温度变化速率要在20-30℃/min左右.
所以我认为两者的区别在于试验的温度变化速率.
不知道我说的对吗?还要请教下高手指点!

[本帖最后由oyboooooooo于2007-9-2413:12编辑]

davidwang

Unfortunatelymanypeopleusethesamenametorefertodifferenttests.
Thermalshockisoneofthose.Letmeelaborate:

***Definitions:
1.Alternatelydippingtheproductinhotandcoldliquids.Moreprecisely,thisshouldbereferredto"liquid-to-liquidthermalshock".
2.Changingtheairtemperatureasquicklyaspossibleinasinglechamber.Thiswewouldrecommendcalling"thermalcycling"or"stressscreening"andisn'ttrulythermalshock.
3.Movingtheproductfromahottoacoldchamberorothersuddenchangeoftheairtemperature.Thisis"air-to-airthermalshock"or"two-zonethermalshock".

***
Sometimesduringtransferasdescribedin3,thereisanintermediatestepofexposuretoroomtemperature.Thisisdonetoallowmanualtransferoftheproduct.Thisiscalleda"three-zonethermalshock".Mil-Std202Fmethod107Gallowssuchastep,forexample.

So,fromtheabovelist,youcanseethevariationsinwhatpeoplecommonlycall"thermalshock".Itshouldalsobenotedthatsomespecificationscallfor"thermalcycling"whichisactually"air-to-airthermalshock".

Withthermalshocktests,therearealsoseveralwaystodefineandmeasuretheperformance.Thermalshocktestsfocuson"recoverytime",orhowlongittakestostabilizeaftertheswitch.

***Recoverytimecanalsobedefinedseveralways:
1.Timeittakesfortheproducttomovefromzonetozone.Truename:"transfertime"
2.Timefortheairtemperaturetorecoverinthenewzone.Thiscanbemeasuredintheairstreambeforeorafterthetestload.Thiscanbecalled"upstreamrecoverytime"or"downstreamrecoverytime".
3.Timeforthephysicalproducttorecover,called"productrecovery".Thistimeisdependentonwherethesensorisplacedontheload.Mil-Std883method1010.7definestheirrequirementas"worst-case"productrecovery,whichisforasensorembeddedinasampleburiedamongothersamples.

***
Ofcourse,sometestspecificationsonlymaketheconfusionbetweenthermalshockandthermalcyclingworse.OneexampleisTelcordia(Bellcore)GR-468thatstates"Method1010ofMil-Std883Cwithaminimumtemperatureramprateof10C/min."Manypeopleassumethata*cycling*chamberthatdoes10C/min.issufficient,althoughtheMil-Stdclearlydefinesthetransfertimeandrecovertime,which,ifyouhavebeenpayingattentiona*thermalshock*test.

Sowhenyouareaskedtodoathermalshocktest,besurethatyouhaveacleardefinitionoftherequirements,otherwiseitiseasytodoincorrectly,orbuythewrongequipment.

clark

thermalshock试验箱没有湿度.其实温度速度快,不然就不叫温度冲击了.
thermalcycling有温度和湿度,模拟enduser常见的一些温湿度,温度变化斜率变化小,有湿度要求.

其他欢迎补充.

cliffcrag

5楼的clack整理了一下，比较简明扼要说了一些区别，但是在6楼davidwang所介绍的一样，可能我们是误解了温度循环是指低变化速率的试验方式，这里davidwang指出了是因为国内生产相关设备厂商由于技术的原因提供不出可达不到高变化速率的设备。

davidwang楼上的贴子从两种试验设备的原理上和两种试验类型上进行了区分。让我也大概明白了一些两者的区别在哪里。但是这两个确实是仍有点难以轻易的把不同之处的区别搞明白。愿更多的高手一起来讨论交流。

clark

温度冲击,楼主可以参考美军标810F里面方法503.4
里面对温度冲击定义的很详细.

它的测试目的是温度冲击试验用于确定装备能否经受其周围大气温度的急剧变化,而不产生物理损坏或性能下降,本标准将"急剧变化"定义为"大于10C/Min.

cliffcrag

还是CLARK观察仔细，在810里面确实有关温度冲击（TEMPERATURESHOCK）介绍，不过thermalcycling(温度循环)暂时好像没看过哪个标准有详细介绍，下面是810里的，摘录出部分大家一起讨论讨论：

METHOD503.4TEMPERATURESHOCK英文版第99页
1.SCOPE.
1.1Purpose.
Usetemperatureshockteststodetermineifmaterielcanwithstandsuddenchangesinthetemperatureofthesurroundingatmospherewithoutexperiencingphysicaldamageordeteriorationinperformance.Forthepurposeofthisdocument,"suddenchanges"isdefinedas"greaterthan10Cperminute."

方法503.4温度冲击中文版第74页!

1范围
1.1目的

温度冲击试验用于确定装备能否经受其周围大气温度的急剧变化,而不产生物理损坏或性能下降.本标准将"急剧变化"定义为10C/min".

davidwang

Thermalshocktest中的关键点是:transfertimeandrecoverytime,不讲温变速率的,这就是误导我们的地方,至于MIL-STD里面提及的10C/min是要求transfertimeandrecoverytime不要太长,否则达不到shock的作用.请参考以下文章:

Ofcourse,sometestspecificationsonlymaketheconfusionbetweenthermalshockandthermalcyclingworse.OneexampleisTelcordia(Bellcore)GR-468thatstates"Method1010ofMil-Std883Cwithaminimumtemperatureramprateof10C/min."Manypeopleassumethata*cycling*chamberthatdoes10C/min.issufficient,althoughtheMil-Stdclearlydefinesthetransfertimeandrecovertime,which,ifyouhavebeenpayingattentiona*thermalshock*test.

若大家对thermalshockchamber很了解的话,就会非常清晰了.目前欧美的thermalshockchamber都采用吊篮式,有两个温区:hotzoneandcoldzone,吊篮在两个温区内移动,具体方式请参考4楼的说明.由于目前国内设备生产厂家由于技术原因,还不能生产类似的设备,所以只能采用能量存储的方式(三箱式)来完成.
以下是关于thermalshock的一些标准规定,请注意其中是否涉及温度变化速率.
欢迎探讨!