一、 什么是冷熱沖擊試驗箱？

冷熱沖擊試驗箱，又名溫度沖擊試驗箱或熱冷沖擊試驗箱，是一種用于測試材料、零部件、電子產品乃至整個設備在極短時間內，承受高溫和低溫交替變化的能力的環境可靠性測試設備。

其核心特點是快速溫度變化，它不像恒溫恒濕箱那樣緩慢升降溫，而是通過一種或多種技術手段，使測試樣品在幾秒到幾十秒內暴露在另一個溫度環境中，從而模擬嚴酷的溫度沖擊條件。

二、 主要工作原理與結構類型

冷熱沖擊試驗箱的核心原理是將樣品在兩個獨立的溫區（高溫區和低溫區）之間快速轉換。根據實現這一轉換方式的不同，主要分為以下三種類型：

1. 兩箱式（提籃式）冷熱沖擊箱

   • 結構：擁有一個高溫試驗箱和一個低溫試驗箱。測試樣品放置在一個可移動的提籃（吊籃）中。

   • 工作原理：試驗時，提籃根據預設的程序，在電機驅動下，在高溫箱和低溫箱之間快速移動，從而實現樣品的溫度沖擊。

   • 優點：溫度轉換速度快（通常<10秒），溫度恢復時間短，沖擊效果強烈。

   • 缺點：在沖擊過程中，樣品會暴露在室溫環境中，有短暫的“停留”，但此時間極短，通常可忽略。

2. 三箱式（靜態式）冷熱沖擊箱

   • 結構：分為高溫區、低溫區和測試區（樣品區）三部分。測試樣品始終放置在測試區。

   • 工作原理：通過打開/關閉高溫區與測試區、低溫區與測試區之間的風門，利用風機將高溫或低溫氣流快速吹入測試區，對靜止的樣品進行溫度沖擊。

   • 優點：樣品在測試過程中保持靜止，避免了機械移動可能帶來的振動影響，適合測試一些脆弱或對振動敏感的產品。

   • 缺點：溫度轉換速度和溫度恢復時間相對兩箱式稍慢。

3. 液槽式冷熱沖擊箱

   • 結構：使用高溫硅油槽和低溫硅油槽作為傳熱介質。

   • 工作原理：通過機械臂將樣品籃快速浸入高溫油槽和低溫油槽中，實現極其快速和劇烈的熱交換。

   • 優點：溫變速率極快（通常<10秒），沖擊強度最大，能實現最嚴酷的測試。

   • 缺點：運行成本高（硅油需定期更換），可能會對樣品造成污染（如殘留油漬），不適合所有產品。

目前，兩箱式和三箱式是市場上最常見和主流的產品。

三、 核心技術參數

在選擇和評估冷熱沖擊試驗箱時，需要關注以下關鍵參數：

• 溫度范圍：高溫范圍（如+150°C, +200°C）和低溫范圍（如-40°C, -55°C, -65°C）。

• 預熱/預冷容量：確保設備能快速將高溫區和低溫區恢復到目標溫度，以滿足連續沖擊的要求。

• 轉換時間：這是最重要的參數之一。指樣品從高溫到低溫（或反之）暴露環境的轉換時間，通常要求小于10秒或5秒。

• 溫度恢復時間：在樣品轉換后，測試區溫度恢復到設定沖擊溫度所需的時間，通常要求小于5分鐘。

• 樣品區尺寸：內箱尺寸，決定了能放置多大的測試樣品。

• 負載能力：提籃的最大載重（針對兩箱式）。

• 溫度波動度/均勻度：在穩定時，測試區內溫度的穩定性和均勻性。

四、 測試標準

冷熱沖擊試驗遵循一系列國際和行業標準，以確保測試的一致性和可比性。常見標準包括：

• IEC 60068-2-14：電工電子產品環境試驗 第2-14部分：試驗N：溫度變化。

• MIL-STD-883：微電子器件試驗方法和程序（美標）。

• MIL-STD-202：電子及電氣元件試驗方法（美標）。

• JESD22-A104：集成電路的溫度循環測試。

• GB/T 2423.22：中國國家標準，環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗N：溫度變化。

五、 主要應用領域

冷熱沖擊試驗廣泛應用于需要高可靠性的行業：

1. 電子電氣行業：PCB電路板、IC集成電路、芯片、電容、電阻、連接器、手機、電腦等。用于發現焊接開裂、材料不匹配、芯片分層等缺陷。

2. 汽車電子：發動機控制單元（ECU）、傳感器、車燈、電池等在溫度環境下的可靠性。

3. 航空航天：對安全性要求高的機載設備、衛星部件等。

4. 金屬材料：檢驗金屬材料在不同溫度下的物理和化學性能。

5. 塑料和橡膠：測試其在溫度快速變化下的脆化、老化、變形等情況。

6. 科研機構和質量檢測中心：用于產品的質量驗證和可靠性研究。

六、 測試目的與意義

通過冷熱沖擊測試，可以提前暴露產品在設計和工藝上的潛在缺陷，主要包括：

• 材料膨脹系數不匹配導致的開裂、斷裂。

• 電子元器件焊點開裂、脫落。

• 集成電路的內部分層。

• 絕緣材料的性能退化。

• 涂層、鍍層的起泡或剝落。

總而言之，冷熱沖擊試驗箱是驗證產品環境適應性和可靠性、提高產品質量、減少售后失敗風險的關鍵測試設備。