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半导体电子元器件可靠性测试：温度试验全面介绍
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2022-11-29
温度是物质内部分子（原子，电子）运动能量（内能）的一种外在表征形式，温度越高表示物质内部分子无规则的运动越剧烈，两物体间的温度相差也越大，在两物体之间的热交换量也越多。温度试验是质量与可靠性工程师经常开展的环境试验，本文带大家聊聊半导体电子元器件可靠性测试中温度试验的相关知识吧。
温度对半导体电子元器件的影响
温度相关试验是环境试验入门，包括高温试验、低温试验、温度变化试验。高低温试验主要验证产品在极值温度条件下是否发生变形或功能影响，是否可以正常运作。
温度变化试验主要测试产品反复承受温度极值的耐受力。
高温条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在高温时可能发生软化、效能降低、特性改变、潜在破坏、氧化等现象。
1、高温环境对设备的主要影响有：
a. 填充物和密封条软化或融化；
b. 润滑剂粘度降低，挥发加快，润滑作用减小；
c. 电子电路稳定性下降，绝缘损坏；
d. 加速高分子材料和绝缘材料老化，包括氧化、开裂、化学反应等；
e. 材料膨胀造成机械应力增大或磨损增大。
2、低温条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在低温时可能发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象。
低温环境对设备的主要影响有：
a. 使材料发硬变脆；
b. 润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用减小；
c. 电子元器件性能发生变化；
d. 水冷凝结冰；
e. 密封件失效；
f. 材料收缩造成机械结构变化。
温度变化条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在温度剧烈变化时可能发生机械故障、开裂、密封损坏、泄漏等现象。
温度剧烈变化对设备的主要影响有：
a. 使部件装配点或焊接点松动或脱落；
b. 使材料本身开裂；
c. 电子元器件性能发生变化；
d. 密封件失效造成泄漏；
非散热试件和散热试件
试件内不产生热量的为非散热试件。在实验室可以采用以下较严格的定义：在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面最热点温度与环境温度之差小于5℃的试验样品。
若环境温度不变时，非散热试件的热流方向如下：在环境温度较高时，热由环境大气传入试件；反之，热由试件传入周围大气。
热传输过程将不断进行直至试件各部分的温度均达到周围大气温度为止。此后热传输过程停止。非散热试件的最后稳定温度是放置试验样品试验箱的平均温度。
试件内有热量产生为散热试件。较严格的定义为在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面最热点温度与环境温度之差大于5℃的试验样品。
散热试件产生的热量不断向周围环境大气发散，直至试件产生的热量与耗散在周围大气中的热量相平衡，试件温度达到稳定。当环境温度上升或下降时，试件内部的温度也将随着一同上升或下降，直至达到新的平衡。
散热试件的最后稳定温度需要进行反复测量，当试件的温度每变化3℃后测量其间的时间间隔，当相邻两段时间间隔之比大于1.7时，认为已达到温度稳定状态。
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温度对半导体电子元器件的影响
温度相关试验是环境试验入门，包括高温试验、低温试验、温度变化试验。高低温试验主要验证产品在极值温度条件下是否发生变形或功能影响，是否可以正常运作。
温度变化试验主要测试产品反复承受温度极值的耐受力。
高温条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在高温时可能发生软化、效能降低、特性改变、潜在破坏、氧化等现象。
1、高温环境对设备的主要影响有：
a. 填充物和密封条软化或融化；
b. 润滑剂粘度降低，挥发加快，润滑作用减小；
c. 电子电路稳定性下降，绝缘损坏；
d. 加速高分子材料和绝缘材料老化，包括氧化、开裂、化学反应等；
e. 材料膨胀造成机械应力增大或磨损增大。
2、低温条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在低温时可能发生龟裂、脆化、可动部卡死、特性改变等现象。
低温环境对设备的主要影响有：
a. 使材料发硬变脆；
b. 润滑剂粘度增加，流动能力降低，润滑作用减小；
c. 电子元器件性能发生变化；
d. 水冷凝结冰；
e. 密封件失效；
f. 材料收缩造成机械结构变化。
温度变化条件下试件的失效模式
产品所使用零件、材料在温度剧烈变化时可能发生机械故障、开裂、密封损坏、泄漏等现象。
温度剧烈变化对设备的主要影响有：
a. 使部件装配点或焊接点松动或脱落；
b. 使材料本身开裂；
c. 电子元器件性能发生变化；
d. 密封件失效造成泄漏；
非散热试件和散热试件
试件内不产生热量的为非散热试件。在实验室可以采用以下较严格的定义：在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面最热点温度与环境温度之差小于5℃的试验样品。
若环境温度不变时，非散热试件的热流方向如下：在环境温度较高时，热由环境大气传入试件；反之，热由试件传入周围大气。
热传输过程将不断进行直至试件各部分的温度均达到周围大气温度为止。此后热传输过程停止。非散热试件的最后稳定温度是放置试验样品试验箱的平均温度。
试件内有热量产生为散热试件。较严格的定义为在没有强迫空气循环的自由空气条件和试验用标准大气规定的气压（86－106kPa）下，试验样品温度达到稳定后，试验样品表面最热点温度与环境温度之差大于5℃的试验样品。
散热试件产生的热量不断向周围环境大气发散，直至试件产生的热量与耗散在周围大气中的热量相平衡，试件温度达到稳定。当环境温度上升或下降时，试件内部的温度也将随着一同上升或下降，直至达到新的平衡。
散热试件的最后稳定温度需要进行反复测量，当试件的温度每变化3℃后测量其间的时间间隔，当相邻两段时间间隔之比大于1.7时，认为已达到温度稳定状态。
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