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可靠性测试

高温老化试验:产品长期高温工作寿命验证项目介绍

技术概述

高温老化试验是把样品置于高于常规使用温度的环境中长时间暴露,通过性能随时间的退化速率评估其工作寿命与热稳定性。它与高温试验(GB/T 2423.2)的分工常被混淆:高温试验考核的是"在高温里能不能正常工作",属环境适应性验证,通常几小时到几十小时;高温老化考核的是"在高温里能工作多久",属寿命验证,通常数百到数千小时,且多数要求样品通电工作。

试验设计围绕三个变量展开:老化温度、持续时间与通电状态。温度按产品实际工作温度加裕量选取,常用 70℃、85℃、105℃、125℃ 四档;持续时间按 500h、1000h 起步,按需延长;通电状态分为常温存储型(不通电)与工作型(按额定负载连续运行)。三者组合不同,退化机理也不同:不通电时以材料热氧化为主,通电时还叠加电迁移、电解液干涸与结温升高。

典型失效形态包括:电解电容容量衰减与等效串联电阻上升、塑料外壳黄变脆化、焊点金属间化合物增厚导致脆断、电池容量衰减与内阻上升、密封件硬化失弹、液晶与光学件透光率下降。这些退化多为渐进型,短时间内看不出差异,只有通过多个时间节点的性能抽样,才能得到可外推的退化曲线。

检测样品

样品按实际工作状态准备,通电与否直接影响退化路径:

  • 整机类样品按实际装配完整,含外壳、散热结构与全部功能模块;
  • 需通电老化的样品按额定电压与负载运行,电源与信号线从箱体测试孔引出并做密封;
  • 电池类样品明确荷电状态与充放电循环方式,避免过充过放引入非代表性失效;
  • 样品数量按时间节点设置,一般每个节点 5 件以上,用于计算均值与分散性;
  • 受试前记录外观、功能、关键电参数与性能基准,含色差与透光率的基准值。

检测项目

高温老化试验的检测项目按"基准—分节点抽样—退化评价"三段组织:

  • 初始检测:外观、尺寸、功能、电性能与关键性能参数基准;
  • 老化温度:常取 70℃、85℃、105℃、125℃,箱温波动控制在 ±2℃ 以内;
  • 老化时间:常取 168h、500h、1000h、2000h,按产品寿命目标设定;
  • 中间节点:在 168h、336h、500h、1000h 等节点取样检测,形成退化曲线;
  • 通电状态:按额定负载连续运行,记录输入功率与关键点温度;
  • 外观检查:黄变、脆化、变形、涂层起泡、标签脱落、密封件硬化;
  • 功能测试:开机、通信、显示、保护动作、控制精度;
  • 电性能测试:绝缘电阻、耐压、接触电阻、漏电流、容量与内阻;
  • 材料性能:塑料件冲击强度与色差、橡胶件硬度与压缩永久变形;
  • 焊点与界面检查:金属间化合物厚度、界面裂纹(必要时切片);
  • 退化率计算:以参数变化量与初始值之比表征退化速率;
  • 寿命外推:按退化曲线与判据交点估算工作寿命。

检测方法

- 温度选取法:按产品实际工作温度加 15~25℃ 裕量,同时不超过材料与元件的耐受上限;温度过高会引入常温下不存在的失效机理,使外推结果失真。

- 时长设定法:按目标寿命与加速倍率反算,常用 500h 与 1000h 两档;若退化曲线尚未进入明显下降段,应延长时长而不是直接判合格。

- 通电加载法:按额定负载连续运行,负载用电子的等效负载替代实际工况,避免用空载代替带载,空载高温常出现"通过但带载失效"的偏差。

- 节点取样法:同一批样品分节点取出检测,取样后不再回箱;若样品数量不足需回箱,应在报告中说明并单独标注,避免退化曲线被取样过程干扰。

- 参数跟踪法:以容量、内阻、接触电阻、透光率等可量化参数为主,外观评级为辅;量化参数的退化曲线比外观描述更能支撑寿命结论。

- 布点法:温度传感器布置在样品发热元件附近与箱内工作空间中心,避开加热器直射与出风口,记录样品关键点温度而非仅箱温。

- 判据法:以性能保持率不低于规定比例、关键参数变化不超过规定幅度、且无安全性失效为判据,具体限值按产品标准或供需协议确定,报告中须写明。

检测仪器

基础设备为高温老化箱或高温试验箱,要求工作空间温度均匀度与波动度满足标准规定、具备强制空气循环与超温保护,长期运行时须有连续温度记录;配套多路温度记录仪、可编程电源与电子负载、数据采集系统(记录电压、电流、容量、内阻)、绝缘电阻与耐压测试仪、色差仪、邵氏硬度计、拉力试验机与功能测试工装。设备须在计量有效期内,长期试验期间定期核查箱温记录,断电或超温中断须记录并评估对结果的影响。

应用领域

高温老化试验覆盖电子元器件与整机、电源与充电器、电池与储能系统、汽车电子、家电控制器、LED 照明、光伏组件与工业控制设备。典型场景包括:验证电解电容与电源模块在长期高温下的寿命裕度;评估电池在高温存储与循环后的容量保持率;确认塑料外壳与光学件在长期受热后的色差与透光变化;为产品质保期承诺提供数据支撑。该试验也常作为加速寿命试验的基础手段,通过多温度点数据外推常温寿命。

常见问题(FAQ)

问题一:高温老化试验和高温试验有什么区别?

目的与时长不同。高温试验依据 GB/T 2423.2,考核样品在高温下达到温度稳定后能否正常工作,通常几小时到几十小时,属环境适应性验证;高温老化是长时间暴露(数百至数千小时),多要求通电运行,通过退化速率评估寿命。前者回答"能不能用",后者回答"能用多久"。

问题二:老化温度是不是越高越好,可以做到 150℃ 吗?

不是。温度过高会引入常温下不会发生的失效机理,例如塑料软化、焊料重熔、电解液沸腾,此时得到的退化数据不能外推到使用温度。合理做法是把温度控制在不超过材料与元件耐受上限,并使主导失效机理与常温保持一致,必要时用多个温度点验证机理一致性。

问题三:500h 和 1000h 怎么选?

按目标寿命与加速倍率反算。若产品质保 3 年、加速倍率取 20 倍,则 1000h 约等效 2.3 年,仍不足以覆盖,需延长或提高温度。另一个判据是看退化曲线:若 500h 时参数已进入明显下降段,500h 即可支撑结论;若曲线仍平缓,延长到 1000h 更稳妥。

问题四:老化过程中样品要不要通电?

视考核目的。考核材料热老化与存储可靠性时不通电;考核工作寿命时必须通电并按额定负载运行,因为通电会叠加电迁移、结温升高与电解液干涸等机理,与不通电的退化路径不同。若只做不通电老化就宣称工作寿命,结论会被质疑。

问题五:取样检测后样品还能放回箱里继续老化吗?

尽量不回箱。取样检测过程中的温度冲击、通电测试与人工接触都会改变样品状态,回箱后继续老化的数据与连续老化的数据不可比。规范做法是按节点分配独立样品,取样后不再回箱。样品数量不足必须回箱时,应在报告中明确标注并说明影响。

问题六:试验后参数都在范围内,是否就算通过?

还要看退化趋势。参数在范围内但已出现明显单调下降,说明寿命裕度不足,后续使用中可能提前超限。判据宜同时包含"当前值在范围内"与"退化速率不超过规定值"两条。若只有单点数据而无趋势,结论只能表述为"该时长下未失效",不能等同于寿命合格。

问题七:试验周期一般多久,费用主要花在哪?

周期由老化时长决定,1000h 约 42 天,2000h 约 83 天,设备占用是主要成本。费用构成包括设备占用费、通电与监测的工装与人工、分节点检测的测试费。若需多温度点做加速寿命外推,周期按温度点数量成倍增加,建议在项目初期就把节点与样品数量一次规划好。