剖析：光模塊可靠性試驗之快速溫變試驗箱

現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常因為各自參考的標準不一樣導致誤解。因此結合光模塊的可靠性試驗對快速溫變試驗進行區分。

溫度變化分為兩種，一種是自然環境下的溫度變化，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溫度變化率的不同導致有不同的試驗目的，根據溫變率的不同可以分為以下幾種試驗：溫度循環，溫度沖擊，熱沖擊。

一、試驗目的

溫度循環試驗箱的目的是驗證產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品經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品在突然遭受到極端溫度劇烈變化時的抵抗力和產生的影響。

這三個試驗的區分點就是溫變率，“突然變化”和“劇烈變化”。

突然變化定義為“一分鐘內大于等于10°的空氣溫度變化”；

劇烈變化定義為“環境溫度在10秒內完成兩個極端溫度的轉換”。

二、試驗用途

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

溫度沖擊用于激發產品中潛在故障的工具，暴露產品的設計缺陷和工藝缺陷。主要用于研發階段。

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。據國外相關機構的收集的數據分析，對電子產品的篩選效果最好的單應力是溫度循環。在光模塊的設計生產中，一個是批量產品的老化階段，可以利用溫度循環和高溫加電兩個試驗進行產品的篩選。先利用溫度循環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；二是將溫度循環和帶電連接起來對產品進行仿真自然環境下產品的工作情況，在這個試驗前需要對產品進行一定的預處理，產品工作情況需要進行監控，可以暴露一些可靠性試驗中無法暴露的缺陷；三是將溫度循環和帶電連接起來作為可靠性項目發現產品缺陷。后面兩種情況的溫變率一般比第一種情況設置的低一些。

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說的溫度循環試驗，該試驗原始標準出處要求是環境溫度需要在1分鐘內轉換，一般采用多箱試驗箱，可以快速實現高低溫環境的轉換，但是產品的溫度要達到環境溫度需要一定的時間，并且這種可控的溫度變化使產品的溫變過程中在會產生局部的熱不平衡，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品，后續由科技的發展，新的溫變媒介的出現，對于常規產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，但是樣品在不同環境中的轉換時間更快，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境溫度，溫度轉換時間非常快。因此這個試驗已經脫離的氣候環境試驗的范疇，一般是作為機械完整性試驗的一種，驗證產品結構完整性。

現階段有一個試驗結合了上述三個試驗的特點，就是HALT試驗：產品上電，利用液氮來實現低溫環境溫度的快速實現（高溫實現較簡單），溫變率一般是60C/min，產品本體溫度可以迅速達到環境溫度，并且結合振動試驗，快速的對產品的設計、工藝和產品完整性進行驗證。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，這些實驗本質都不是進行產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品的驗證。所以產品在極限溫度條件的保持時間一般不需要太長，需要產品整體都達到環境溫度，保證溫變的起點溫度，一般15分鐘（具體可以根據實驗過程監控來定義），而不是簡單粗暴的規定的越長越好，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行即可。