试验证明，湿热条件下大多数元器件会因为缺陷绝缘材料吸附水蒸气，或者金属和绝缘材料表面变湿，在潮湿、温度和电应力的作用下出现电化学反应和金属腐蚀，进而导致电子设备的绝缘电阻下降、漏电增加，严重时出现飞弧、击穿等电路损坏的现象。为了减少这些问题的发生，湿热试验采取模拟湿热条件来考核电子产品的环境适应性，特别是产品机械性能和电气性能的变化。今天，我们就一起聊聊各种湿热试验的方法。
一、湿热试验的基础
湿热试验是一种人工模拟自然环境湿热条件的加速试验方法，湿热试验技术主要用在：① 探索潮湿环境对产品的影响（开发，设计阶段的研究性试验）；② 鉴定产品的防潮性能（研制、生产阶段的质量检查或型式试验）；③ 评价产品在潮湿环境下使用的安全可靠性（安全或可靠性试验），试验后判定质量的主要指标一般是检查产品的电性能和机械性能，也可以检查某些样品的腐蚀情况。
根据GJB 150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第9部分：湿热试验》的附录，与湿热相关的物理现象包括凝露、吸附、吸收、扩散及呼吸五个方面。① 凝露是指水蒸气在温度低于周围空气露点表面凝结的现象，凝露会使水蒸气转变成液态水，空气中的水蒸气含量决定着露点的高低。露点，湿度和水蒸气压力相互关联，放置在试验箱内的样品，当其表面温度低于试验箱内空气露点时，就会产生凝露，为了防止凝露的产生，试件应先预热。② 吸附是指水分子在温度比露点高的表面粘附的现象，吸附在试件表面的水分子的量，取决于材料的类型、表面结构和周围空气中的水蒸气压力。③ 吸收：是指水分子在材料内部的积聚，吸收水汽的量部分取决于周围空气中水的含量，并且会一直持续到平衡为止，水分子渗透的速度随温度的上升而提高。④ 扩散：是指局部压力不同而造成的水分子在材料中的移动，电子产品中常遇到的扩散现象的例子：水气通过电容器或半导体上的有机覆盖层，或通过密封腻子渗透到电子产品内部。⑤ 呼吸：是指由于温度变化而引起的试件空腔内外空气交换的现象，呼吸作用通常会使试件空腔内产生凝露现象。
根据IEC标准委员会颁布的标准规定，湿热试验包括两种基本方法：一种是恒定湿热试验，又称为稳态湿热试验，是指温度和湿度试验条件不随时间变化的湿热试验；另一种是交变湿热试验，又称为循环湿热试验、耐湿试验，是指温度、湿度条件随着试验时间在高温高湿和低温高湿之间循环变化的一种湿热试验。
二、恒定湿热试验
恒定湿热试验用于评价电工电子产品，元件，材料或设备长期耐受潮湿环境的器件封装防水汽扩散的能力，检查其存贮，使用或运输的适应性，其影响的机理为吸附、吸收和渗透。一般在产品或使用场所温度变化不大，产品表面不会产生凝露现象时选择恒定湿热试验。当前恒定湿热共有三种方法。
2.1评价元器件长期耐受潮湿环境能力的湿热试验（试验代号Ca）
这种试验方法（GB/T 2423.3-2016《环境试验 第2部分试验方法 试验Cab 恒定湿热试验》）主要用于评价元器件产品长期耐受潮湿环境的能力，也用于确定一些材料在潮湿空气中保持电气性能的能力，或可评价封装元件和组件防止水汽扩散的能力，以及检测电气产品的缺陷。
2.2 确定设备在无凝露情况下对高湿条件反应的湿热试验
1）IEC和国标的试验（GB/T 2423.9-2001《电工电子产品环境试验 第2部分 试验方法试验Cb 设备用恒定湿热》，试验代号Cb），主要用于确定设备在无凝露情况下对高湿条件的反应，特别适用于在安装阶段无法预热但要求维持规定条件的大设备和外部与试验箱（室）有复杂连接的设备。敲黑板，试验Cb和Ca的非凝露条件实现方式不同，Ca试验是通过试验样品进入试验箱前预热实现，试验Cb是通过试验样品进入试验箱后加热实现的。试验Ca和Cb的试验条件一致，详见表1。
表1 GB/T 2423的恒定湿热试验条件
2）海军标的恒定湿热试验（GJB4.5-83《舰船电子设备环境试验 恒定湿热试验》），该试验用于评价舰船电子设备对高湿环境的适应性，其试验条件包括，温度：（40±2）℃，相对湿度：（93±3）%，试验时间：2d、4d、6d。
2.3 用于元器件的加速试验
这种加速试验的原理是使样品在较长时间内承受很高的未饱和湿热蒸汽的作用，水蒸气加速渗入样品，其加速作用是由非气密样品内部的试验环境间的水蒸气分压差引起的。
1）IEC和国标中的加速试验（GB/T 2423.50-2012《环境试验 第2部分 试验方法 试验Cy 恒定湿热 主要用于元件的加速试验》，试验代号Cy），该试验主要用于以加速方式评价小型电工电子产品（主要是非气密元件）耐湿热劣化效应的试验方法。其试验条件包括，温度：（85±2）℃，相对湿度：（85±5）%，试验时间：168h、504h、1000h、2000h。
2）国军标的加速试验（GJB
360B-2009《电子及电气元件试验方法》的方法103），该试验主要用于绝缘材料，高温高湿条件作用在试验样品上，可以构成水汽吸附、吸收和扩散等作用，导致试验样品性能变坏，强度降低和其他机械性能变化。其试验条件包括，温度：（40±2）℃，相对湿度：（90∽95）%，试验时间：A级（240h）、B级（96h）、C级（504h）、D级（1344h）。
三、交变湿热试验
交变湿热试验用于确定电工电子产品或材料在温度循环交替变化，产品表面产生凝露的湿热条件下贮存和使用的适应性，其影响机理除吸附、吸收和渗透外，还有凝露和呼吸。一般适用于使用环境恶劣复杂，又是核心设备的产品。
3.1 IEC和国标交变湿热试验（试验代号Db）
该试验（GB/T 2423.4-2008《环境试验 第2部分试验方法 试验Db 交变湿热（12h+12h循环）》，试验代号Db）用于考核元器件、设备对高湿度和温度循环变化组合能在样品表面凝露时存储、运输、使用的适应性，试验条件分为二个等级（详见表2）。
表2 GB/T 2423的交变湿热试验条件
3.2 国军标的交变湿热试验
GJB 150.9A-2009《军用装备实验室环境试验方法第9部分：湿热试验》用于确定军用装备的耐湿热能力，其试验条件包括温度：（30∽60）℃，相对湿度：（85∽95）%，试验时间：不低于10个循环（每个循环24h）。
3.3 海军标中的交变湿热试验
GJB4.6-83《舰船电子设备环境试验交变湿热试验》用于评价舰船电子设备在高相对湿度并伴有温度循环变化的环境条件下工作的适应性，其试验条件详见表3。
表3 GJB 4.6的交变湿热试验条件
3.4 军用电子元器件和微电子器件型产品的交变湿热试验
GJB 360B-2009《电子及电气元件试验方法》（方法106）用加速方法评价元件和材料，在典型的热带和亚热带高温高湿条件下耐潮湿劣化影响的能力；GJB 548B-2005《微电子器件试验方法和程序》（方法1004.1）用加速方法评估元器件及其所用材料在炎热和高温条件（典型的热带环境）下抗退化效应的能力。其试验条件包括温度：（25∽65）℃，相对湿度：80%/90%∽100%之间变化，试验时间：10个循环（每个循环24h）。
四、两种湿热试验的关系
综合上述内容，恒定湿热和交变湿热试验的内容对比如下表。
表4 恒定和交变湿热试验对比表
五、试验数据检测
湿热试验的具体操作一般由试验机构完成，很少出现低层次的问题，但试验数据检测可能由委托单位实施，需要强调一下，避免出现试验数据检测时出现的问题，一般包括三种：
1）初始检测：根据规定，对试验样品进行外观检查，对其电气和机械性能进行检测；
2）中间检测：是否需要进行中间检测是由产品相关规范明确的（需和客户商定），如需要进行，应规定检测的项目及完成时间，在进行中间检测时，试验样品不应取出试验箱外；
3）最后检测：根据规定，对试验样品进行外观检查，对其电气和机械性能进行检测。
所以，进行湿热试验时，需要进行2次（含）以上的产品外观、电气和机械检测，具体检测次数和内容由产品相关规范规定，千万不能忘记。
六、最后的话
恒定湿热主要是通过高温高湿环境下样品对水汽吸附、吸收和扩散等作用，造成产品失效；交变湿热则是在高湿条件下，利用温度循环引起的凝露和干燥的交替过程，使进入样品内部的水汽产生“呼吸”作用，从而使腐蚀过程加速。湿热试验属于破坏性试验，在质量一致性检验中属于C组检验，用于检查那些与产品设计及材料有关的特性。不同的标准对试验条件和试验时间的要求不同，各位朋友在引用具体的标准时一定要搞清楚。
参考文献：
1）张学渊《湿热试验方法及其相关标准》
2）白雄飞《湿热试验介绍及相关标准解析》
3）陈中青、朱宜生等《IEC 60945标准中湿热试验方法的探讨》
4）艾姆西技术服务《可靠性试验-湿热试验》
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