剖析：光模塊可靠性試驗之快速溫變試驗箱

現(xiàn)階段不同的標準對于快速溫變試驗箱有各自的名稱，導致溫變試驗箱的名稱混亂，在可靠性試驗交流中經(jīng)常因為各自參考的標準不一樣導致誤解。因此結(jié)合光模塊的可靠性試驗對快速溫變試驗進行區(qū)分。

溫度變化分為兩種，一種是自然環(huán)境下的溫度變化，一種是人為引起的溫度變化。第一種溫度變化相對緩慢，第二種溫度變化速率各種情況都有，一般特指溫變率比較快的情況。

因為光模塊的溫變試驗根據(jù)溫度變化率的不同導致有不同的試驗目的，根據(jù)溫變率的不同可以分為以下幾種試驗：溫度循環(huán)，溫度沖擊，熱沖擊。

一、試驗目的

溫度循環(huán)試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品在高低溫交替變化下受到的影響。

溫度沖擊試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品經(jīng)受周圍大氣溫度的突然變化時的物理或性能的變化。

熱沖擊試驗箱的目的是驗證產(chǎn)品在突然遭受到極端溫度劇烈變化時的抵抗力和產(chǎn)生的影響。

這三個試驗的區(qū)分點就是溫變率，“突然變化”和“劇烈變化”。

突然變化定義為“一分鐘內(nèi)大于等于10°的空氣溫度變化”；

劇烈變化定義為“環(huán)境溫度在10秒內(nèi)完成兩個極端溫度的轉(zhuǎn)換”。

二、試驗用途

溫度循環(huán)用于篩選剔除產(chǎn)品的早期失效，也可用于釋放產(chǎn)品組裝中的應力。主要用于產(chǎn)品量產(chǎn)階段。

溫度沖擊用于激發(fā)產(chǎn)品中潛在故障的工具，暴露產(chǎn)品的設(shè)計缺陷和工藝缺陷。主要用于研發(fā)階段。

熱沖擊用于利用超快速的溫度變化用于機械完整性驗證。主要用于研發(fā)階段。

三、其他

這三個溫度變化試驗在光模塊的整個生命周期過程中都會用到。據(jù)國外相關(guān)機構(gòu)的收集的數(shù)據(jù)分析，對電子產(chǎn)品的篩選效果最好的單應力是溫度循環(huán)。在光模塊的設(shè)計生產(chǎn)中，一個是批量產(chǎn)品的老化階段，可以利用溫度循環(huán)和高溫加電兩個試驗進行產(chǎn)品的篩選。先利用溫度循環(huán)進行應力釋放和工藝缺陷篩選，然后利用高溫加電進行早期失效的篩選；二是將溫度循環(huán)和帶電連接起來對產(chǎn)品進行仿真自然環(huán)境下產(chǎn)品的工作情況，在這個試驗前需要對產(chǎn)品進行一定的預處理，產(chǎn)品工作情況需要進行監(jiān)控，可以暴露一些可靠性試驗中無法暴露的缺陷；三是將溫度循環(huán)和帶電連接起來作為可靠性項目發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷。后面兩種情況的溫變率一般比第一種情況設(shè)置的低一些。

溫度沖擊試驗的溫變率較高，且溫變率范圍跨度太大，一般25C/min以下采用機械制冷方式，當大于這個溫變率一般建議采用液氮來輔助制冷。對于光模塊的溫度沖擊可靠性試驗，也是GR468說的溫度循環(huán)試驗，該試驗原始標準出處要求是環(huán)境溫度需要在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)換，一般采用多箱試驗箱，可以快速實現(xiàn)高低溫環(huán)境的轉(zhuǎn)換，但是產(chǎn)品的溫度要達到環(huán)境溫度需要一定的時間，并且這種可控的溫度變化使產(chǎn)品的溫變過程中在會產(chǎn)生局部的熱不平衡，導致互連失效，對于焊接，膠粘或機械連接都有很好的驗證效果。

熱沖擊試驗一般不是采用空氣作為溫變媒介，初期采用水作為溫變媒介時，要求試驗必須是密封的產(chǎn)品，后續(xù)由科技的發(fā)展，新的溫變媒介的出現(xiàn)，對于常規(guī)產(chǎn)品可以進行該項試驗，該項試驗一般要考慮清潔步驟，防止溫變媒介帶來的性能誤差。這個試驗與多箱體的溫度沖擊試驗比較像，但是樣品在不同環(huán)境中的轉(zhuǎn)換時間更快，并且由于溫變媒介一般采用的時液體，樣品迅速浸沒后其本體溫度也會迅速達到環(huán)境溫度，溫度轉(zhuǎn)換時間非常快。因此這個試驗已經(jīng)脫離的氣候環(huán)境試驗的范疇，一般是作為機械完整性試驗的一種，驗證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)完整性。

現(xiàn)階段有一個試驗結(jié)合了上述三個試驗的特點，就是HALT試驗：產(chǎn)品上電，利用液氮來實現(xiàn)低溫環(huán)境溫度的快速實現(xiàn)（高溫實現(xiàn)較簡單），溫變率一般是60C/min，產(chǎn)品本體溫度可以迅速達到環(huán)境溫度，并且結(jié)合振動試驗，快速的對產(chǎn)品的設(shè)計、工藝和產(chǎn)品完整性進行驗證。這個試驗在前期也講過，沒有通過的概念，本質(zhì)是加速暴露薄弱點或者材料缺陷，可以針對性的加強。

快速溫變試驗箱還需要注意一個要點，這些實驗本質(zhì)都不是進行產(chǎn)品耐高溫或低溫的試驗項目，都是利用溫變的特點來進行產(chǎn)品的驗證。所以產(chǎn)品在極限溫度條件的保持時間一般不需要太長，需要產(chǎn)品整體都達到環(huán)境溫度，保證溫變的起點溫度，一般15分鐘（具體可以根據(jù)實驗過程監(jiān)控來定義），而不是簡單粗暴的規(guī)定的越長越好，畢竟溫變試驗的成本比單純的高溫，低溫試驗要高的多，耐高溫或低溫可以利用這兩個項目來執(zhí)行即可。