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湿热环境是电子产品的“隐形杀手”,一项国际标准正悄然守护着各类电子元器件的可靠性与寿命。
你是否曾好奇,手机、电脑等电子设备如何在潮湿炎热的环境中依然保持稳定工作?这背后离不开一系列严格的环境可靠性测试。
国际电工委员会发布的 IEC 60068-2-67 标准,正是用来评估电子产品在高温高湿环境下耐受能力的重要规范。
IEC 60068-2-67 是一项专注于环境测试的国际标准,全称为“环境测试—第2-67部分:试验Cy:稳态湿热加速试验,主要适用于元器件”。
该标准发布于2019年7月,是1995年第一版及其2019年修订版的合并版本,属于国际电工委员会的基础安全出版物。
它提供了一个标准化的测试流程,通过加速方式评估小型电工产品,尤其是非密封元器件,在湿热环境下的抗劣化能力。
核心目的是在实验室内模拟湿热环境,加速水分渗透和材料退化过程,从而预测产品在实际使用中的可靠性。
这是一种“加速老化测试”,通过提高温湿度条件,在较短时间内获得产品长期耐候性的数据。
该标准主要针对小型电工产品,特别是非密封封装的电子元器件。
例如,使用塑料封装的集成电路、半导体器件、电容器、电阻器等,都是该测试的典型对象。测试关注的是湿热环境对产品内部结构造成的退化效应。
例如,水分通过塑料封装材料吸收水蒸气,或沿着端子引脚渗入内部,可能导致金属线路腐蚀、绝缘性能下降、材料膨胀等问题。
值得注意的是,本标准不适用于评估外部效应,如外壳腐蚀、结构变形等宏观变化。它聚焦于由湿热引起的材料与电气性能的内在劣化。
试验的核心条件是高温与高湿的结合。标准规定了明确的严酷等级:
测试在恒定的温度85°C和相对湿度85% 下进行。温度允许偏差为±2°C,湿度允许偏差为±5%。
为了确保湿度均匀,测试箱内任意两点之间的瞬时温差不应超过1.5°C。
试验的持续时间(即“严酷等级”)由相关产品规范指定,标准推荐了四个可选时长:
168小时(约7天)
504小时(约21天)
1000小时(约42天)
2000小时(约83天)
时长公差为+5%。这意味着,如果需要测试超过2000小时的耐受性,测试可以在中断后96小时内重新开始,并累计计算时间。
在整个测试期间,样品通常会被施加偏置电压,以增强湿气对电气性能的影响,模拟实际带电工作状态。
测试完成后,样品不能立即进行最终检测。它需要一个恢复阶段,以消除测试环境的瞬时影响。
除非另有规定,恢复应在标准大气条件下进行,持续时间不少于2小时,不超过24小时。
标准大气条件通常指温度15°C至35°C,相对湿度25%至75%,具体取决于实验室环境。
这一过程允许样品温度、湿度恢复均衡,内部可能存在的冷凝水蒸发,使后续的性能测量更能反映持续性的劣化损伤,而非瞬时状态。
整个试验流程严谨而有序,确保结果的可比性和重复性。
首先进行预处理和初始检测,记录样品的初始外观、尺寸和功能状态。随后将样品安装到已达到实验室环境条件的测试箱工作区内。
安装时需确保样品不受加热器或箱壁的辐射热直接影响,必要时使用热导率低的安装架实现热隔离。
进入测试循环后,在3小时内将箱内温湿度升至规定值并稳定。期间样品上不允许出现冷凝水。稳定后开始计算测试持续时间。
整个测试期间,偏置电压应在条件稳定后施加,并持续到恢复阶段开始。如果相关规范要求,可在测试期间进行中间测量,但不得改变测试条件或将样品移出箱体。
测试结束时,在1至4小时内将温湿度恢复至标准大气条件,最后进入恢复阶段并完成最终检测。
测试的可靠性高度依赖符合要求的设备。
恒温恒湿试验箱是核心设备,必须能够持续不间断地产生并控制85°C/85%RH的条件至少2000小时。它应能监控工作区的温湿度,并能实现升温和降温的平稳控制。
箱体结构需保证冷凝水不会滴落到样品上,工作区内的水应被连续排出且不得重复使用。
箱体建造材料至关重要,必须使用耐腐蚀材料,如不锈钢、玻璃、陶瓷等,以防止自身腐蚀污染测试环境或样品。
加湿用水必须使用蒸馏水或去离子水,其电阻率应在2000 Ω·m 至 500 Ω·m之间,或在23°C时电导率在5 µS/cm 至 20 µS/cm 之间。
水质过低可能损害加湿系统,过高则容易产生水垢,影响测试。每次测试前,都应对测试箱及内部所有支架进行彻底清洁。
除了主要流程,一些细节同样决定测试的成败。样品在测试时应保持 “接收时”的状态,遵循正常操作程序,不应进行特殊清洁。预先清洁可能会去除表面污染物,导致测试无法反映真实使用中出现的失效。
偏置电压的应用需谨慎,其目的是增强湿气效应,而非模拟正常工作。电压选择应遵循几条原则:保证样品特定位置的温升低于环境温度2°C;在促进水解的同时限制样品自发热。
若连续偏置导致显著自发热,建议采用间歇施加模式,如断电3小时、通电1小时,且循环从断电开始。这能防止样品局部温度过高,反而降低关键位置的相对湿度,与测试目的背道而驰。
IEC 60068-2-67标准为我们提供了一套科学、系统的方法,用于评估电子元器件在恶劣湿热环境下的生存能力。
从精密的测试箱到严格的水质要求,从漫长的恒温恒湿保持到细致的恢复流程,每一个环节都旨在模拟真实、加速失效、揭示风险。
对于电子产品制造商而言,遵循该标准进行测试,是提升产品可靠性、赢得市场信任的重要一环。
对于普通消费者,了解这些背后的“压力测试”,也能让我们对所使用电子产品的耐用性和安全性有更深的认识。
毕竟,那些能在湿热考验中“过关”的元器件,更有可能在我们日常多变的环境中稳定、长久地工作。
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