溫度循環(Temperature cycle-TCT)與溫度衝擊試驗(Thermal shock-TST)

　　吾人經常在溫度循環(Temp. cycling)與溫度衝擊(Thermal shock)之差異上有所混淆，若以使用之設備差異來區分則通常溫度循環係採單櫃式(或稱單槽式)設計，溫度衝擊則以雙槽式或三槽式為主要設計方式。雙槽式又區分為液態溫度衝擊(Liquied to Liquied Thermal shock)以及氣態溫度衝擊(Air to Air Thermal shock)兩種。近幾年在汽車電子以及部份產品對高可靠度要求下，PCB材料、IC及模組產品使用雙槽式空氣式溫度衝擊(Air to Air)或液態溫度衝擊(Liquied to Liquied)試驗有趨多現象。

　　美國軍方規範MIL-STD-810F方法503.4對溫度變率>10℃/min時即稱之為溫度衝擊(Temperature Shock)，IEC60068 Part-2-14溫度變化試驗指引則以試驗方法Test Na，Test Nb與Test Nc作為區別，使用IEC規範時可依試驗目的自行選擇適用之試驗方法進行試驗。

　　溫度循環試驗 (Temperature cycling test-TCT)

　　溫度循環在應用上大都採用單櫃式居多，試驗係以常溫→低溫→低溫停留→高溫→高溫停留→常溫作為一個循環，執行溫度循環試驗之嚴厲度係以高/低溫度範圍、停留時間以及循環數來決定。

　　若以環境模擬試驗為主要目的，在試驗應用上以高/低溫緩慢變化為主，通常以每小時不超過20℃~30℃溫度變化為主要試驗規格。若以觀察焊點可靠度(Solder Reliability)為主要目的，則以快速溫度變化為主，目前針對PCBA之無鉛焊點可靠度驗證則大都以每分鐘15℃~20℃的溫變化率作為*主要試驗條件。

　　應力壽命試驗 (Stress Life Test-Strife test)

　　應力壽命試驗通常應用在開發階段之產品(End Product)壽命評估上，執行應力壽命試驗(Strife test)過程中產品需進行功能驗證(functional check)，首先採用漸進式溫度階梯試驗找出產品*大可承受之高低溫極限值，再以此高低溫極限值進行溫度循環試驗，此目的係為了了解產品在正常使用下是否有長期可靠度問題，因此需採用較合理之溫度變化速率(Temp. change rate)以及測試循環數(Test cycles)。

　　溫度衝擊試驗(Thermal Shock-TST)

　　對於IC"s、PCB以及需具有高可靠度需求之產品進行可靠度壽命測試，通常會採用三槽式或雙槽式溫度衝擊為主要規格。

　　設備能力差異所產生之問題

　　宜特可靠度實驗室針對不同廠牌之溫度衝擊設備以6個高熱散溢樣品(High heat loading module)進行負載能力與溫度均勻度試驗分析發現，在相同試驗條件與相同負載條件下，放置於6個不同位置之樣品其溫度反應落差極大(見下圖)，由(圖一)可知被測物完全未到達試驗所需之溫度條件值，櫃內不同位置之6個樣品所反應之溫度差高達30℃~40℃，此種現象將使得不同位置之樣品所受到應力強度不同，試驗結果亦將出現誤判情形，(圖二)則完全滿足試驗條件需求。因此如何選用適當設備進行試驗以及如何避免上述情況出現是值得關注的議題。

　　為避免在執行溫度循環試驗過程中因為櫃內水氣凝結(Condensation)而使產品出現失效，溫度循環櫃之設計需能夠保持溫度櫃內在低相對濕度條件下為執行溫度循環試驗(Temp. Cycling)之重要事項之一，根據IEC之要求，執行溫度循環試驗時櫃內之大氣**濕度(Absolute Humidity)不可超過20g/m3。

　　溫度循環常見缺陷

　　喪失電性功能

　　潤滑劑變質而失去潤滑作用

　　焊點裂化、PCB脫層、結構喪失機械強度與塑性變形

　　玻璃與光學製品破裂

　　焊點裂錫，零件特性能退化，斷裂

　　移動件鬆弛，材料收縮膨脹

　　氣密與絕緣保護失效

　　常用規範:

　　IEC 60068-2-14, IPC-9701, JESD22-A104B, JESD22-A106-B, MIL-STD-810F等