在現(xiàn)代工業(yè)、電子、汽車、航空航天、醫(yī)療器械及消費(fèi)電子等領(lǐng)域，產(chǎn)品往往需要在復(fù)雜多變的氣候環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。從極地嚴(yán)寒到沙漠酷暑，從晝夜溫差劇烈的高原到濕熱交加的熱帶雨林，溫度變化是影響產(chǎn)品可靠性與壽命的核心環(huán)境應(yīng)力之一。高低溫循環(huán)測(cè)試作為一種模擬極端溫度交替變化的加速環(huán)境試驗(yàn)方法，已成為評(píng)估材料、元器件及整機(jī)耐候性、結(jié)構(gòu)完整性和功能穩(wěn)定性的重要技術(shù)手段。

一、什么是高低溫循環(huán)測(cè)試？

高低溫循環(huán)測(cè)試是指將被測(cè)樣品置于可編程環(huán)境試驗(yàn)箱中，在設(shè)定的高溫與低溫之間按一定速率反復(fù)切換，并在每個(gè)溫度極值點(diǎn)保持一段時(shí)間，從而模擬產(chǎn)品在實(shí)際使用或運(yùn)輸過程中經(jīng)歷的溫度波動(dòng)。該測(cè)試旨在：

• 暴露因熱脹冷縮引起的材料疲勞、開裂、脫層等缺陷；

• 驗(yàn)證焊接點(diǎn)、密封結(jié)構(gòu)、連接件等在熱應(yīng)力下的可靠性；

• 考察電子元器件參數(shù)漂移、功能失效或間歇性故障；

• 加速老化過程，預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)環(huán)境中的使用壽命。

與恒定高溫或低溫存儲(chǔ)不同，循環(huán)過程中的溫度梯度和變化速率才是誘發(fā)失效的關(guān)鍵因素。

二、測(cè)試原理與失效機(jī)制

不同材料具有不同的熱膨脹系數(shù)（CTE）。當(dāng)溫度快速變化時(shí)，相鄰材料（如芯片與基板、金屬與塑料、玻璃與膠粘劑）因膨脹/收縮不一致而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。反復(fù)循環(huán)累積后，可能導(dǎo)致以下問題：

• 焊點(diǎn)疲勞斷裂（尤其在BGA、QFN等封裝中）；

• 涂層起泡、剝落或龜裂；

• 密封失效（O型圈硬化、膠層開裂導(dǎo)致泄漏）；

• 光學(xué)元件失準(zhǔn)（鏡頭位移、激光器波長(zhǎng)漂移）；

• 電池性能衰減或安全風(fēng)險(xiǎn)（電解液析出、隔膜收縮）。

因此，高低溫循環(huán)不僅是“耐熱”或“耐冷”的測(cè)試，更是對(duì)熱機(jī)械可靠性的綜合考驗(yàn)。

三、典型測(cè)試參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

常見測(cè)試參數(shù)包括：

• 高溫上限：+85°C、+105°C、+125°C、+150°C（依產(chǎn)品等級(jí)而定）；

• 低溫下限：-40°C、-55°C、-65°C，甚至-70°C；

• 溫度變化速率：1°C/min（緩變）、5°C/min、10°C/min、15°C/min（快變）；

• 駐留時(shí)間：在高低溫極值點(diǎn)保持10分鐘至數(shù)小時(shí)；

• 循環(huán)次數(shù)：通常為5次、50次、100次、500次乃至1000次以上。

國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)包括：

• IEC 60068-2-14：環(huán)境測(cè)試—第2部分：試驗(yàn)N—溫度變化；

• JESD22-A104（JEDEC）：集成電路溫度循環(huán)測(cè)試；

• GB/T 2423.22（中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）：環(huán)境試驗(yàn)—溫度變化試驗(yàn)；

• ISO 16750-4（道路車輛環(huán)境條件）：氣候類溫度循環(huán)要求；

四、測(cè)試設(shè)備與實(shí)施流程

高低溫循環(huán)測(cè)試依賴快速溫變?cè)囼?yàn)箱（Thermal Shock Chamber 或 Rapid Temperature Change Chamber），其核心性能指標(biāo)包括：

• 溫度范圍（如 -70°C ~ +180°C）；

• 升降溫速率（最高可達(dá)20°C/min）；

• 溫度均勻性與控制精度（±2°C以內(nèi)）；

• 樣品通電/功能監(jiān)測(cè)接口（用于在線檢測(cè)）。

典型測(cè)試流程：

1. 制定測(cè)試規(guī)范（依據(jù)產(chǎn)品用途、預(yù)期環(huán)境、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）；

2. 樣品預(yù)處理與初始功能檢查；

3. 裝入試驗(yàn)箱，連接監(jiān)測(cè)線纜（如需帶電測(cè)試）；

4. 啟動(dòng)程序，自動(dòng)執(zhí)行多輪高低溫循環(huán)；

5. 循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行外觀檢查、電氣性能測(cè)試、密封性驗(yàn)證等；

6. 分析失效模式，優(yōu)化設(shè)計(jì)或工藝。

五、典型應(yīng)用領(lǐng)域

• 汽車電子：ECU、傳感器、攝像頭模組需通過-40°C~+125°C數(shù)百次循環(huán)，滿足AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證；

• 航空航天：衛(wèi)星載荷、導(dǎo)航設(shè)備經(jīng)歷軌道陰影區(qū)與日照區(qū)劇烈溫變；

• 新能源：動(dòng)力電池包、光伏逆變器在戶外晝夜溫差下長(zhǎng)期運(yùn)行；

• 消費(fèi)電子：智能手機(jī)、智能手表在用戶從室內(nèi)到室外、冬季滑雪到夏季海灘的使用場(chǎng)景中經(jīng)受考驗(yàn)；

• 醫(yī)療器械：便攜式診斷設(shè)備可能在冷藏運(yùn)輸后立即投入使用，需確保功能不受影響。

結(jié)語

高低溫循環(huán)測(cè)試雖是一種“加速老化”手段，但其揭示的失效機(jī)理卻深刻反映了產(chǎn)品在真實(shí)世界中的生存能力。它不僅是質(zhì)量門檻，更是創(chuàng)新的試金石。在追求高可靠性、長(zhǎng)壽命、輕量化的時(shí)代，唯有通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力篩選，才能讓產(chǎn)品無懼冷暖變幻，在全球任何角落穩(wěn)健運(yùn)行。未來，隨著智能監(jiān)測(cè)、數(shù)字孿生和材料科學(xué)的進(jìn)步，高低溫循環(huán)測(cè)試將更加精準(zhǔn)、高效，持續(xù)為高端制造保駕護(hù)航。