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HAST在柔性电子与可穿戴设备可靠性评估中的新挑战
       柔性电子与可穿戴设备(如柔性显示屏、电子皮肤、智能手环、可穿戴医疗贴片)的兴起,将电子设备从刚性的“盒子”变成了可弯曲、可拉伸、甚至可生物集成的形态。这一变革给高压加速老化试验箱(HAST)带来的,是颠覆性的新挑战。传统的针对刚性封装的HAST方法和标准,在此领域几乎需要从头构建。
 
1. 柔性/可穿戴设备的独特失效模式
 
机械-环境耦合失效:核心挑战。HAST的湿热应力会改变柔性基底(如PI, PET)和弹性体(如PDMS)的机械性能(如模量、粘弹性),使其变脆或变软。同时,器件在实际使用中会承受持续的弯曲、拉伸或摩擦。HAST测试必须考虑这种静态或动态机械应力与湿热应力的叠加效应。
 
水汽/氧气的高渗透性:柔性屏障层(用于阻隔水氧)的防护能力远低于刚性金属或陶瓷封装。水氧渗透率是关键参数。HAST测试中,水汽不仅从边缘侵入,更会大面积穿透基底本身,攻击整个有源层。
 
界面可靠性:柔性器件中多层薄膜(电极、有源层、封装层)堆叠在弹性基底上,各层间的界面在湿热下更容易因膨胀系数差异而分层、起皱、脱落。
 
可拉伸互联的失效:蛇形导线、液态金属导线等在反复拉伸和湿热作用下,可能发生疲劳断裂、电阻剧增或腐蚀。
 
2. HAST高压加速老化试验箱测试方法的革新需求
 
复合应力测试台:未来的HAST设备可能需要集成原位弯曲/拉伸机构,能够在高温高湿环境下对样品施加可控的、循环的或静态的机械形变,模拟设备在佩戴使用中的真实状态。
 
评价指标的多元化:
 
电性能:除了常规电阻、电容,需重点关注在弯曲状态下电性能的稳定性。
 
机械性能:测试前后需测量材料的拉伸强度、杨氏模量、断裂伸长率等变化。
 
阻隔性能:通过集成在腔体内的水氧传感器,或通过测试对水氧敏感的指示器件(如钙薄膜测试),原位评估柔性封装层在HAST条件下的阻隔性能退化。
 
生物相容性考量:对于可穿戴医疗或植入式设备,HAST测试后还需评估材料浸出物、生物相容性是否发生变化,因为湿热老化可能加速添加剂析出或材料降解。
 
3. 样品制备与测试设计的特殊性
 
样品固定与引线:如何在不引入额外应力的情况下,将柔性样品平整地固定在测试架上,并引出细小的电极进行通电测试,是技术难点。需要使用柔性导电胶、各向异性导电膜等特殊材料。
 
局部环境模拟:可穿戴设备常局部接触汗液(含盐分)。可能需要设计在HAST腔体内创造局部盐雾环境,或进行HAST后进行盐雾测试的序列试验。
 
光学透明性要求:对于柔性光电设备,HAST腔体需配备光学窗口,以便进行原位或中途的光学性能检测。
 
4. 标准化的空白与企业实践
目前,针对柔性电子的HAST测试标准几乎空白。领先的企业和科研机构正在自行探索最佳实践:
 
梯度测试法:先进行纯HAST,再进行HAST+静态弯曲,最后进行HAST+动态弯曲的序列测试,逐步加大应力,厘清不同应力的贡献。
 
失效分析的挑战:柔性器件的多层薄膜结构使得传统的SAM和X-ray分析难度加大,需要更高分辨率的显微技术和截面分析技术。
 
面对柔性电子这片新蓝海,HAST测试技术必须与时俱进。它不再仅仅是考核“密封性”,更要考核“柔性屏障的稳定性”、“异质界面的鲁棒性”以及“机电耦合下的耐久性”。这推动了HAST从单一环境模拟设备,向多物理场耦合可靠性分析平台演进,也催生了对复合失效机理的深入研究。
 
       东莞市瑞凯环境检测仪器有限公司(以下简称“瑞凯仪器”、“公司”)座落于广东省东莞市横沥镇,是一家集模拟环境可靠性试验设备设计、研发、生产销售及服务为一体的高新技术企业,专业的试验设备制造商和试验解决方案综合服务商。产品通过了ISO9001:2015质量管理体系认证、欧盟CE认证、计量保证等体系认证,与国家计量检测、华南计量检测保持长期合作伙伴关系并全面贯彻执行其质量要求。拥有50多项技术专利,东莞市创新型民营示范企业。
 
       公司主营产品有:HAST试验箱、PCT试验箱、高压加速老化试验机、非饱和高压加速老化试验机、快速温变试验箱冷热冲击试验箱、恒温恒湿试验箱、高低温试验箱等产品,同时乐意承接制造各种大型非标准复杂环境试验设备及ODM合作。先后在东莞、苏州、长沙、北京、西安等地建立了办事处,同时在全国还建立了完善营销网络和售后服务体系,在国内逐渐树立起良好的品牌形象。产品主要应用在大学院校、科研机构、航空航天、军工、电子光电、电工、塑胶、五金、电池、通信、汽车等领域。不仅赢得了华为、美的、福耀玻璃、松下、宁德新能源、比亚迪汽车、长城汽车等多家世界杰出企业的青睐,更获得中国中车、航天科工集团、中国计量院、中国电信、中国移动、中国南方电网、香港大学、清华大学、中山大学、浙江大学、上海交通大学、华中科技大学、SGS集团、天祥检测等国防军工企业和科研院所的高度肯定。
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