IoT创业：产品生产 - 高低温测试

Posted 2021-06-28 简一商业

产品在完成生产后通常要经由各种不同的管道（如，船运、空运及陆运）来运送到客户的手中。

 

依据客户路途的远近与运送的状况，PCBA 产品可能会经历各种剧烈的高低温差异，比如说货柜在夏天白日的日晒温度可能上升到 70°C，而冬天的夜晚温度也可能低到零下 -40°C。

 

所以你必须要预先测试你的 PCBA 产品，以确保其至少可以耐得住这样的运送环境，才能在客户收到你的 PCBA 产品后还可以使用。

 

有些零组件对这样的极限温度非常敏感，有可能因为应力的引起而降低了 PCBA 产品的功能。

 

这是非常重要的事情，为了观察并确保你的 PCBA 产品在各种不同的极限温度影响之下仍然可以继续运作，因此必须要依据一定的逻辑顺序来执行环境测试。

 

注：PCBA 产品放置至于环境测试机内执行功能测试时，最好可以设计成 PCBA 产品开机就可以自动测试并且纪录时间。

 

一般的温度循环通常以下列的温度顺序来作为一个循环：

 

常温→低温→低温停留→高温→高温停留→常温

 

执行温度循环试验的严厉度系以高/低温度范围、停留时间以及循环次数来决定，通常这类的温度循环测试目的在于模拟 PCBA 产品运送过程中的温度变化。

 

试验中仅规定温度而未规定湿度，以个人经验显示，一般 PCBA 产品对此类温度循环测试通常不会出现太大的品质问题，较容易出现问题试验的通常出现在高温+高湿的环境测试，以及冷热冲击试验。

 

本文所叙述的条件及温度/时间范例仅供参考，使用者可以参考此范例再根据自己的PCBA产品特性来做出调整。

 

1、参考条件

 

开始温度循环测试之前需要在室温环境下先执行 PCBA 产品的全功能测试，以确定 PCBA 产品在测试前没有任何功能上的问题。

 

这个测试可以选择在环境测试机内或是一定条件（温度在 +25°C±5°C 且湿度在 50%RH±10%）的大气环境下执行。

 

环境测试机的温度改变率（rate of temperature change，△t）必须要慎加选择，其 △t 的基本要求是每小时至少 20°C，也就是每 3 分钟的温度上升或下降至少需要达到1°C。

 

原则上所有的环境测试步骤都必须要等度温度稳定下来以后，PCBA 产品才能开始执行功能测试并纪录状况。

 

不过，当温度循环从「4. 低温环境操作测试」转变到「5. 高温环境操作测试」步骤时不算在内，也就是说这个步骤可以不需要等到 PCBA 产品内部温度稳定下来就可以开始执行其功能测试了。

 

这个高低温度环境测试有部份步骤需要用到电源以启动被测试的 PCBA 产品，所以选用环境测试机台的时候，应该选用可以程式控制开关的额外电源，以利测试的顺利进行。

 

2. 低温环境操作测试

 

在这个步骤，所有的 PCBA 产品都需要开机执行功能测试。

 

将待测 PCBA 产品的电源打开，并且开始将环境测试机从室温降低到「低温环境操作」时的规定温度，执行 PCBA 产品功能测试时可以在温度变换过程中的任何时间开始，这个阶段的最后一次 PCBA 产品功能测试必须要在 PCBA 产品放置于「低温环境操作」下 4 个小时后执行。

 

Note 1. 当 PCBA 产品使用软体来自动测试的时候，必须在 PCBA 产品开启电源后尽可能地自动执行所有的功能测试。

 

Note 2. 如果 PCBA 产品有使用耗材，测试的时候必须要包含这些耗材，而且耗材也必须达到规定的环境测试温度后才可以开始进行功能测试，正式测试的时候不需要使用到耗材。

 

3. 低温环境储存

 

当执行完「低温环境操作」步骤之后，关掉 PCBA 产品的电源，并且开始下降环境温度到规定的「低温储存非操作极限环境」，PCBA 产品必须要静置在这个温度下 4 个小时，或是等到 PCBA 产品内的温度稳定下来，哪一个时间比较长者就采用比较长者，这时候 PCBA 产品的电源是关闭的。然后回到环境温度到「低温环境操作测试」。

 

4. 低温环境操作测试

 

当环境温度达到规定的「低温环境操作」后，PCBA 产品应该要再重新开启电源，等到规定的暖机时间到了之后就必须开始执行 PCBA 产品的功能测试。

 

除非得到客户的许可之外，否则等级为 A1、A2、B1 的 PCBA 产品必须在通电 5 分钟之内马上可以运作，而不应该等待暖机时间。

 

等级为 B2、C1、C2 的 PCBA 产品，如果没有规定暖机时间，则使用 15 分钟为暖机时间上限。这个测试步骤将可以作为 PCBA 产品冷开机的时间参考。

 

如果 PCBA 产品有电压范围的要求时，选用规定的最小值来作为 PCBA 产品电源开启时的暖机及功能测试电压。

 

对于某些可以手动调整电压范围的 PCBA 产品，原则上在全程高低温度循环测试时只要使用一种电压范围就可以了（因为环境测试机不应该在测试期间被打开）。

 

在这个测试阶段的最后一次 PCBA 产品功能测试必须等到 PCBA 产品放置于「低温环境操作」下 4 个小时后执行。

 

5. 高温环境操作测试

 

根据上面的温度曲线图表，这个步骤的 PCBA 产品应该还是是开着电源的，而环境温度则正在从规定的「低温环境操作」上升到「高温环境操作」的过程中，这时候的 PCBA 产品应该要续执行其功能测试。

 

在这个阶段其最后一次的 PCBA 产品功能测试必须等到 PCBA 产品放置于「高温环境操作」下4个小时后执行。

 

6. 高温环境储存

 

当执行完「高温环境操作」步骤之后，关掉 PCBA 产品的电源，并且开始升高环境温度到规定的「高温储存非操作极限环境」，PCBA 产品必须要静置在这个温度下 4 个小时，或是等到 PCBA 产品内的温度稳定下来，哪一个时间比较长者就采用比较长者。

 

7. 高温环境持续操作测试

 

回复环境温度到「高温环境操作」，等到PCBA产品的热效应稳定之后才开启PCBA产品电源，并持续这样的环境至少24小时，在这个期间至少要执行4次以上的电源开关机循环测试(Power Cycling test)。如果PCBA产品有规定电压范围的要求时，选用规定的最大值来作为PCBA产品电源开启时的功能测试电压。这个极限最大电压应该与「4. 低温环境操作测试」章节所使用的电压范围相同。

 

PCBA产品的效能量测应该在「高温环境持续操作测试」步骤一开始或是做完24小时之后执行，在这段期间PCBA产品应该使用自动测试程式持续运作至少24小时。PCBA产品在所有的测试期间不允许有失效出现。

 

8. 高温环境持续操作测试

 

将环境经温度从规定的「高温环境操作」下降到室温，当PCBA产品回复到正常温度之后检查并测试PCBA产品有无异状，这时候PCBA产品的电源应该还是开着的，而且持续执行PCBA产品的自动程式运作至少24小时，直到PCBA产品完全回复到室温的状态。PCBA产品在所有的测试期间不允许有失效出现。

 

确认PCBA产品回复到室温并确定所有的功能测试都正常之后，移除PCBA产品的外壳并检查其组装有无结构性变形或是任何因为过热而引起的异常现象。

 

作者：卫Sir，公众号：简一商业

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