“非冷凝”是HAST区别于PCT的灵魂所在,也是其技术实现的最大难点。理解并实现非冷凝条件,是HAST高压加速老化试验箱测试有效性的根本保证。
一、为什么必须避免冷凝?
失效机理的真实性:在实际使用中,电子产品极少长期处于表面有液态水膜的状态(除非完全密封失效)。冷凝水会引发类似浸泡的快速物理渗透和电解,这可能掩盖了在高温高湿空气环境下,由水汽扩散和电化学过程主导的真实失效机理。
加速因子的有效性:佩克等加速模型是基于水汽扩散和反应动力学建立的。一旦形成冷凝,传质方式从扩散变为对流,模型失效,测试结果无法用于科学的外推预测。
二、非冷凝的物理定义:
从热力学角度,当样品表面温度(Ts)高于或等于环境空气的露点温度(Td)时,不会发生冷凝。反之,若Ts < Td,则空气中的水蒸气会在样品表面凝结成液态水。
露点温度:在当前水蒸气分压下,水蒸气开始凝结成液态水的温度。
相对湿度:当前空气中的水蒸气分压与同温度下饱和蒸汽压的比值。
三、实现非冷凝的关键技术:
精确的露点测量与控制:
高压加速老化试验箱使用高精度的冷镜式露点仪或电容式高分子薄膜露点传感器,直接、实时测量腔内的露点温度Td。
控制系统以Td为核心控制对象之一,通过调节蒸汽注入量,将Td精确稳定在设定值。
样品温度的保障:
强制空气循环:箱内设计有高效的风道和风扇,使温度均匀的高速气流持续吹过样品表面,确保样品温度(Ts)迅速与设定的干球温度(T)达到一致,即 Ts ≈ T。
因此,只要控制T > Td,就能保证样品表面无冷凝。 通常设定T比Td高至少5-10℃,以提供安全余量。
精密的温湿度耦合控制算法:
当需要改变湿度设定时(例如提高%RH),控制系统会先计算并提高目标Td,然后同步提高T,始终保持T > Td的关系。
在升温阶段,必须先升温,后加湿(即先提T,后提Td);在降温阶段,则先降湿,后降温(先降Td,后降T)。程序必须精心设计,避免在过渡阶段出现T暂时低于Td的情况。
腔体与样品的设计优化:
腔体内壁和样品架采用高导热材料并合理布局,减少局部冷点。
样品放置应利于气流通过,避免死角。大质量或高发热样品需特别考虑,可能需要预热或调整位置。
四、非冷凝状态的验证:
目视检查:在测试初期或条件稳定后,可通过观察窗检查样品表面是否有明显水珠或水膜。
称重法:放置一个热容小、不吸湿的金属试片,定期取出称重,若无明显增重,表明无冷凝水附着。
间接电测:监测一个对湿气极其敏感的测试结构的绝缘电阻,若电阻值稳定在一个较高水平(而非像在PCT中那样急剧下降),也间接表明无冷凝发生。
结论:非冷凝控制是HAST高压加速老化试验箱技术的“皇冠”。它要求设备制造商和测试工程师深刻理解热力学原理,并具备高超的工程实现能力。一台优秀的HAST箱,其价值很大程度上体现在它能在多大范围内、多稳定的状态下,维持这一精妙的非冷凝平衡。这是HAST测试数据科学性和可比性的基石。
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