摘要(yào)：冷熱衝擊(jī)試(shì)驗箱的溫(wēn)度(dù)衝(chōng)擊效(xiào)果，不僅(jǐn)取決(jué)於(yú)高(gāo)低(dī)溫腔體的(dí)溫(wēn)度範(fàn)圍(wéi)和轉換速(sù)度，還(huán)受到高(gāo)溫(wēn)暴(bào)露時(shí)間，低溫(wēn)暴(bào)露時間(jiān)，轉(zhuǎn)換(huàn)次(cì)數等(děng)程(chéng)序參數的直(zhí)接(jiē)影(yǐng)響。實(shí)際(jì)使(shǐ)用中，大量用戶對(duì)高(gāo)溫暴(bào)露時(shí)間(jiān)的設定存(cún)在(zài)隨(suí)意性(xìng)——過長則測(cè)試(shì)周(zhōu)期(qī)延長(cháng)，設備(bèi)能(néng)耗(hào)增(zēng)加，過(guò)短(duǎn)則樣品內部溫度未(wèi)能充(chōng)分(fēn)滲透(tòu)，應(yīng)力(lì)篩選(xuǎn)不充分。本(běn)文(wén)從(cóng)熱(rè)傳(chuán)導(dǎo)理論，樣品(pǐn)熱(rè)擴(kuò)散率(shuài)，溫(wēn)度均匀性三個維(wéi)度(dù)，係(xì)統分(fēn)析高(gāo)溫暴露時(shí)間對(duì)衝擊(jī)效果(guǒ)的(dí)影響規(guī)律，提(tí)出(chū)基(jī)於(yú)樣(yàng)品熱時(shí)間常數(shù)，等效穿(chuān)透深度(dù)，應力(lì)累積(jī)效(xiào)應的(dí)優(yōu)化(huà)設(shè)定方(fāng)法，實現高(gāo)溫暴露(lòu)時(shí)間的精準匹配，在(zài)保(bǎo)證篩選效(xiào)果(guǒ)的(dí)前提(tí)下(xià)縮(suō)短(duǎn)測試(shì)周期20%-30%。

一，高溫(wēn)暴露(lòu)時間(jiān)：衝擊試驗(yàn)中被嚴重低估(gū)的敏(mǐn)感參數

冷熱衝擊(jī)試驗(yàn)通過(guò)高低(dī)溫腔體(tǐ)的(dí)快(kuài)速交(jiāo)替，對樣品施(shī)加(jiā)劇烈的(dí)溫度應力(lì)，激發(fā)焊點疲(pí)勞，材料開(kāi)裂(liè)，密(mì)封(fēng)失(shī)效等(děng)潛(qián)在(zài)缺陷(xiàn)。衝擊效果取(qǔ)決(jué)於(yú)兩個核心要素(sù)：一是(shì)溫變速(sù)率(shuài)（轉(zhuǎn)換(huàn)速度），二是(shì)暴(bào)露時間(jiān)（樣(yàng)品(pǐn)在(zài)高溫(wēn)或(huò)低溫環(huán)境中的保持(chí)時間）。多數用(yòng)戶(hù)隻關(guān)注(zhù)溫變(biàn)速率，忽視(shì)了暴(bào)露時間對(duì)衝(chōng)擊(jī)效果(guǒ)的(dí)同(tóng)等(děng)重要性(xìng)。暴露時間過(guò)短，樣(yàng)品內部(bù)溫(wēn)度(dù)尚(shàng)未(wèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)即轉入(rù)下(xià)一(yī)階段，實(shí)際(jì)溫變(biàn)幅度小於(yú)設定值(zhí)，應力加載不足，缺陷(xiàn)漏(lòu)篩(shāi)；暴露時(shí)間過長，測試周期(qī)延(yán)長，能耗(hào)增(zēng)加，且可(kě)能引入不(bù)必(bì)要(yào)的(dí)熱(rè)老化效(xiào)應，幹(gān)擾失效(xiào)機理(lǐ)分(fēn)析。

二(èr)，暴露時間對衝擊效果(guǒ)的(dí)影(yǐng)響機理

2.1 熱傳導的(dí)有(yǒu)限速(sù)率效應

樣品(pǐn)從常溫放入高(gāo)溫(wēn)腔後，熱量(liáng)從表麵(miàn)向內部傳(chuán)導(dǎo)需要(yào)時(shí)間。表麵溫度迅(xùn)速(sù)升高(gāo)，內部溫度則(zé)滯後。若(ruò)暴(bào)露時(shí)間小於(yú)樣(yàng)品達到熱平(píng)衡所(suǒ)需(xū)的時(shí)間(jiān)，樣品(pǐn)內(nèi)部(bù)溫(wēn)度在轉(zhuǎn)入(rù)低(dī)溫(wēn)腔(qiāng)時尚(shàng)未達(dá)到(dào)高溫設定值(zhí)，實際承(chéng)受(shòu)的溫(wēn)度(dù)衝(chōng)擊幅度（高(gāo)溫-低溫溫差）小(xiǎo)於設定值(zhí)，應力強(qiáng)度不足(zú)。

2.2 樣品(pǐn)熱時(shí)間常數(shù)與(yǔ)暴(bào)露(lòu)時間的(dí)匹(pǐ)配(pèi)關(guān)係

樣(yàng)品(pǐn)的熱時(shí)間(jiān)常(cháng)數(shù)取(qǔ)決於(yú)材料的(dí)密(mì)度，比熱(rè)容，導熱(rè)係數和樣(yàng)品(pǐn)尺(chǐ)寸(cùn)。薄型樣(yàng)品(pǐn)（如PCB板(bǎn)，金屬(shǔ)薄片(piàn)）熱時(shí)間(jiān)常(cháng)數小（數(shù)秒至數十(shí)秒），達到(dào)熱平(píng)衡快(kuài)；厚型樣(yàng)品（如金(jīn)屬塊(kuài)，大尺(chǐ)寸塑料(liào)件(jiàn)）熱時間常數大（數分鐘至(zhì)數十(shí)分(fēn)鐘(zhōng)），需(xū)要(yào)更長的暴露時間。行業(yè)經驗法(fǎ)則：暴露(lòu)時(shí)間應(yīng)≥3倍(bèi)樣品熱時間常數(shù)，才能確(què)保樣品內部溫度(dù)達到設定值的(dí)90%以(yǐ)上。

2.3 等(děng)效(xiào)穿透深度的工(gōng)程估算(suàn)

等效穿透深(shēn)度(dù)是指熱量在暴露時間內從(cóng)樣(yàng)品表麵(miàn)向內(nèi)傳導(dǎo)的距離。等效(xiào)穿透深(shēn)度L≈√(α×t)，其中α為材料熱擴(kuò)散(sàn)率（m²/s），t為暴露時間（s）。暴(bào)露時(shí)間應保證(zhèng)等效(xiào)穿透深度大於(yú)樣(yàng)品(pǐn)厚度的一半(bàn)。對於PCB板(bǎn)（厚度1.6mm，熱(rè)擴(kuò)散率(shuài)約(yuē)1×10⁻⁷m²/s），30秒暴露(lòu)時間的等效穿(chuān)透(tòu)深度(dù)約(yuē)為0.55mm，不足以穿(chuān)透整(zhěng)板(bǎn)；120秒(miǎo)暴(bào)露(lòu)時間的(dí)等效穿(chuān)透(tòu)深度約1.1mm，可達(dá)板材(cái)中(zhōng)心區(qū)域。

三(sān)，高溫暴露時間優化的係(xì)統(tǒng)方法

3.1 基(jī)於(yú)樣品(pǐn)熱(rè)時(shí)間(jiān)常(cháng)數的(dí)暴(bào)露(lòu)時(shí)間初設

首先(xiān)根(gēn)據(jù)樣品材質和尺寸估算其熱時(shí)間(jiān)常數(shù)τ=m×Cp/(h×A)（m為質量，Cp為比熱容，h為對(duì)流換(huàn)熱係數，A為表(biǎo)麵積(jī)）。將(jiāng)3τ作為暴露(lòu)時(shí)間的(dí)初始設(shè)定值。對(duì)於(yú)未(wèi)知(zhī)熱物(wù)性的(dí)復(fù)雜(zá)樣品，可(kě)先做(zuò)一組不同(tóng)暴(bào)露時間的(dí)對比(bǐ)試驗，觀(guān)察斷裂次數(shù)隨(suí)暴露時(shí)間的(dí)變化趨勢(shì)，找(zhǎo)到失(shī)效曲綫平台期（增(zēng)加(jiā)暴露(lòu)時間不(bù)再增加(jiā)失效(xiào)數(shù)）對(duì)應的(dí)最(zuì)短暴露時間。

3.2 等效(xiào)穿(chuān)透深度(dù)驗(yàn)證

對於厚度大於10mm的樣品，可使(shǐ)用嵌入(rù)式熱電(diàn)偶測量(liáng)樣品(pǐn)內部(bù)溫度變化，確(què)認在暴露時間(jiān)結(jié)束時(shí)，樣品核心溫(wēn)度(dù)是否(fǒu)達(dá)到高溫(wēn)設定(dìng)值(zhí)的90%以上(shàng)。

3.3 應(yīng)力累(léi)積效(xiào)應(yīng)與暴(bào)露時間的協(xié)同(tóng)優化(huà)

高應力(lì)篩選可(kě)適當縮短暴(bào)露(lòu)時間，利(lì)用溫(wēn)度衝擊的瞬態(tài)應(yīng)力效(xiào)應激(jī)發(fā)缺(quē)陷；標準(zhǔn)合(hé)規測(cè)試則需(xū)保證(zhèng)樣品充分(fēn)熱平(píng)衡，暴露(lòu)時間(jiān)應≥3τ。建(jiàn)議(yì)根據(jù)測(cè)試目(mù)的(dí)（研發篩(shāi)選(xuǎn)/認(rèn)證(zhèng)測試）差(chà)異化設定(dìng)暴露(lòu)時(shí)間(jiān)。

四，優(yōu)化(huà)效果與實(shí)測數(shù)據

某實驗室(shì)對(duì)厚度(dù)2mm的PCB板(bǎn)（熱(rè)時間常(cháng)數約(yuē)25秒）進行(háng)冷熱衝(chōng)擊測試（-40℃至+85℃）。原暴露時(shí)間(jiān)設(shè)定(dìng)為(wéi)30分鐘(zhōng)（嚴(yán)重過(guò)長(cháng)），測試(shì)周(zhōu)期(qī)為120分鐘/循環。優化後將(jiāng)暴(bào)露(lòu)時間縮(suō)短至3分鐘（3τ=75秒，取(qǔ)整(zhěng)至3分(fēn)鐘），測(cè)試(shì)周(zhōu)期縮短為26分(fēn)鐘(zhōng)/循環，節省測試時(shí)間78%。對比100次(cì)循環(huán)的(dí)失效數：30分鐘(zhōng)暴露條件下失效(xiào)數(shù)為(wéi)8片，3分鐘暴露條件(jiàn)下失效數為7片，衝擊效果基(jī)本一致。

五(wǔ)，實(shí)施建(jiàn)議

暴(bào)露時(shí)間的(dí)優化不(bù)應盲(máng)目縮(suō)短，建議先(xiān)通(tōng)過熱電(diàn)偶實測樣品(pǐn)內(nèi)部(bù)溫(wēn)度變(biàn)化曲綫(xiàn)，獲取準確(què)的熱時間常數後再進(jìn)行設定(dìng)。對於厚型樣品(pǐn)（厚度＞10mm），建議(yì)暴(bào)露(lòu)時間(jiān)≥10分鐘；對於薄型樣品(pǐn)（厚(hòu)度(dù)＜3mm），暴露時間可縮短(duǎn)至2-5分(fēn)鐘(zhōng)。對(duì)於(yú)認(rèn)證測試，建議按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行，不可(kě)隨意縮短(duǎn)暴露(lòu)時(shí)間。

六(liù)，總結(jié)

冷(lěng)熱(rè)衝(chōng)擊(jī)試(shì)驗(yàn)高溫暴露時(shí)間(jiān)優(yōu)化的核(hé)心是熱(rè)傳導有限速(sù)率與(yǔ)樣品熱時(shí)間常數的匹(pǐ)配。通過(guò)基(jī)於(yú)熱時(shí)間常(cháng)數初(chū)設(shè)，等效(xiào)穿透深度(dù)驗(yàn)證(zhèng)，應力累積效應(yīng)協同優(yōu)化，可(kě)在保證(zhèng)衝(chōng)擊(jī)效果的前提(tí)下實現暴(bào)露時間(jiān)的(dí)精(jīng)準匹配，顯(xiǎn)著(zhù)縮短測(cè)試周期並(bìng)降低能耗。