冷熱沖擊試驗(yàn)箱（Thermal Shock Chamber, TSC）通過“驟冷驟熱”方式，在數(shù)十秒內(nèi)使試品經(jīng)歷大于70 K的溫差，用以暴露由熱脹冷縮引起的材料不匹配、焊接微裂紋、密封失效等潛在缺陷。依據(jù)結(jié)構(gòu)特征，市場(chǎng)主流產(chǎn)品可劃分為：
兩廂提籃式（Two-zone, Basket Type）
高溫區(qū)與低溫區(qū)水平或上下布置，試品置于金屬提籃，通過氣缸或伺服電機(jī)在≤10 s內(nèi)完成區(qū)間轉(zhuǎn)移。
三廂靜置式（Three-zone, Static Type）
增設(shè)常溫測(cè)試區(qū)，利用高溫區(qū)與低溫區(qū)的預(yù)冷熱空氣，經(jīng)高速風(fēng)閥切換導(dǎo)入測(cè)試區(qū)，試品全程靜止，免除機(jī)械移動(dòng)。
二、作業(yè)原理與關(guān)鍵參數(shù)
溫度躍遷時(shí)間（Transition Time）
定義為從設(shè)定高溫（如+150 ℃）到設(shè)定低溫（如−65 ℃）或反向的轉(zhuǎn)換耗時(shí)。兩廂式因直接轉(zhuǎn)移，通�！�30 s；三廂式依賴風(fēng)量與閥門響應(yīng)，典型值為30–60 s。
恢復(fù)時(shí)間（Recovery Time）
指試品中心點(diǎn)溫度重新進(jìn)入公差帶（±2 K）所需時(shí)長(zhǎng)，直接決定試驗(yàn)節(jié)拍。優(yōu)質(zhì)設(shè)備可在提籃到位后≤3 min完成恢復(fù)。
熱負(fù)荷匹配（Heat Load Match）
試品發(fā)熱功率（如PCBA帶載老化）若大于試驗(yàn)區(qū)除熱能力，將導(dǎo)致最低溫度“抬升”，造成偽失效。選型時(shí)應(yīng)提供最大發(fā)熱量、質(zhì)量、比熱容等數(shù)據(jù)，由廠商進(jìn)行熱平衡計(jì)算。
風(fēng)速與紊流度
依據(jù)IEC 60068-3-5，試驗(yàn)區(qū)風(fēng)速建議3–5 m/s，過高易致細(xì)小元件移位，過低則降低熱交換效率。
三、兩廂式與三廂式對(duì)比分析
維度 兩廂提籃式 三廂靜置式
溫度沖擊強(qiáng)度 高（直接浸入式傳熱） 中等（氣流交換，存在邊界層）
試品尺寸適應(yīng)性 受提籃與動(dòng)密封限制，適合≤30 kg 測(cè)試區(qū)容積可定制至2 m³以上
移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn) 存在機(jī)械沖擊、線纜纏繞可能 無移動(dòng)部件，適合帶線束產(chǎn)品
節(jié)能性 低溫區(qū)連續(xù)運(yùn)行，能耗高 可啟用“蓄能模式”，低功耗待機(jī)
維護(hù)復(fù)雜度 提籃導(dǎo)軌、密封條磨損需定期更換 風(fēng)閥軸承、加熱器繼電器為易損件
標(biāo)準(zhǔn)符合性 滿足MIL-STD-202G、GB/T 2423.22 同樣滿足，但需注明“氣流式”方法
四、典型作業(yè)流程（以兩廂式為例）
前處理
1.1 核查冷媒壓力（R404A高壓側(cè)1.5–2.0 MPa，R23高壓側(cè)2.5–3.2 MPa）；
1.2 校驗(yàn)溫度傳感器（九點(diǎn)布點(diǎn)，最大偏差≤±1.5 K）；
1.3 記錄試品質(zhì)量、發(fā)熱量、易燃等級(jí)（IEC 60721-3-0）。
裝載
2.1 試品間距≥5 cm，防止氣流死角；
2.2 帶連接器產(chǎn)品時(shí)，線纜經(jīng)頂部走線槽垂直引出，避免提籃運(yùn)動(dòng)拉拽。
程序設(shè)定
3.1 常用循環(huán)：+125 ℃（30 min）↔−55 ℃（30 min），循環(huán)100次；
3.2 溫度過沖容忍度設(shè)定為2 K，超出即暫停并記錄。
運(yùn)行監(jiān)控
4.1 PLC實(shí)時(shí)比對(duì)提籃位置與風(fēng)門狀態(tài)，出現(xiàn)“風(fēng)門未關(guān)到位”立即回溫保護(hù)；
4.2 每循環(huán)第10次追加拍照（箱內(nèi)攝像頭），觀察結(jié)霜、凝露位置。
后處理
5.1 循環(huán)結(jié)束后30 min方可開門，防止驟吸濕空氣結(jié)露；
5.2 試品在23 ℃/50 % RH環(huán)境靜置2 h，再做電性能測(cè)試。
五、行業(yè)應(yīng)用范式
半導(dǎo)體封裝
要求−65 ℃↔+150 ℃、轉(zhuǎn)換<20 s，用于考核Flip-Chip底部填充膠裂紋擴(kuò)展。
新能源汽車電池模組
采用三廂式，測(cè)試區(qū)尺寸1200 mm×800 mm×800 mm，循環(huán)−40 ℃↔+85 ℃，500次后絕緣電阻下降≤10 %。
航天電連接器
依據(jù)GJB 1217A-2009，需在高真空前級(jí)先做100次冷熱沖擊，以剔除玻璃絕緣子微裂紋。
光學(xué)透鏡組
要求溫度變化過程透鏡不位移，采用三廂式低風(fēng)速（1 m/s）模式，避免氣動(dòng)擾動(dòng)。
六、選型與布設(shè)要點(diǎn)
冷卻方式
風(fēng)冷型適用于試驗(yàn)室空調(diào)環(huán)境溫度≤28 ℃、通風(fēng)量≥10 m³/min；水冷型對(duì)水溫要求5–30 ℃、壓力0.2–0.4 MPa，需配閉式冷卻塔。
樓板承重
大型三廂式整機(jī)質(zhì)量可達(dá)4 t，需核算樓板動(dòng)載系數(shù)；提籃式因沖擊載荷，需獨(dú)立防震墊。
排氣與新風(fēng)
低溫區(qū)化霜時(shí)瞬時(shí)排出大量冷濕空氣，應(yīng)接Φ200 mm不銹鋼排風(fēng)管，出口速度≥8 m/s，防止下沉“霧池”。
維護(hù)通道
后側(cè)距墻≥1.2 m，便于冷凝器清洗；頂部加熱器更換空間≥0.8 m。
七、失效案例與改進(jìn)啟示
案例：某航空繼電器在三廂式設(shè)備中100次循環(huán)后出現(xiàn)接觸電阻漂移。
根因：測(cè)試區(qū)風(fēng)閥密封條老化，導(dǎo)致高溫段熱氣滲入低溫段，實(shí)際最低溫度僅達(dá)−48 ℃，未形成設(shè)計(jì)溫差。
改進(jìn)：將三元乙丙密封條更換為氟橡膠，并追加風(fēng)閥關(guān)閉力矩監(jiān)測(cè)（≤5°偏差報(bào)警）。
冷熱沖擊試驗(yàn)箱并非簡(jiǎn)單的“溫度過山車”，而是集熱力學(xué)、流體力學(xué)、材料學(xué)于一體的精密設(shè)備。正確理解兩廂式與三廂式的技術(shù)邊界，科學(xué)制定作業(yè)參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行全生命周期管理，方能使其在研發(fā)篩選、質(zhì)量驗(yàn)證、失效分析等環(huán)節(jié)發(fā)揮最大價(jià)值，最終實(shí)現(xiàn)“早發(fā)現(xiàn)、早改進(jìn)、早受益”的質(zhì)量目標(biāo)。
|
