對電子產品而言，周期性溫(wen)度變(bian)化引發的環境應(ying)力對樣(yang)(yang)品的影(ying)響會(hui)(hui)根據試(shi)驗效果的不同而不同，它會(hui)(hui)導(dao)致樣(yang)(yang)品的機(ji)械性能(如(ru)熱膨(peng)脹(zhang)系(xi)數、熱傳導(dao)系(xi)數、楊氏模量)等存在很大的差異.

    在溫度循環試驗中，影響其試驗效果的主要參數是:溫度變化范圍、試驗箱的升降溫速率、試驗樣品在高溫或低溫中的暴露時間.轉換時間、試驗的循環次數。在MIL-STD-883G 1010. 8、JESD22-A104- B、GB/T2423-2002中給出了相關的參考標準，但是存在著一定的差異(表1)。下面根據溫度循環試驗的典型剖面圖(圖2)對其主要參數進行分析.

    1、溫度范圍
    溫度范圍是指上(shang)限(xian)溫度TM與下(xia)限(xian)溫度Tt的(de)(de)(de)差值(zhi)，原則上(shang)該(gai)值(zhi)越大(da)越好，因為溫度越高就有越大(da)的(de)(de)(de)熱應(ying)力和(he)熱疲勞的(de)(de)(de)交互作用(yong)同時加(jia)在(zai)試(shi)樣上(shang)，對(dui)剔除早起失效的(de)(de)(de)效率也越高.但是對(dui)于某(mou)些材(cai)料(liao)，當溫度達(da)到(dao)某(mou)一數值(zhi)時，能誘(you)發一般(ban)在(zai)設計過程中看不到(dao)的(de)(de)(de)失效機制，并且因熱膨脹系數的(de)(de)(de)不同，在(zai)不同的(de)(de)(de)溫度條(tiao)件(jian)下(xia)進行(xing)試(shi)驗時，容易使產品(pin)過早失效.

    另外，試(shi)驗的升溫和降溫過(guo)程容易在元件或(huo)設(she)備上產生(sheng)凝露或(huo)結霜(shuang)現象，這會給樣品(pin)(pin)額外的應(ying)力。所以，溫度范(fan)圍的選(xuan)擇要根(gen)據(ju)產品(pin)(pin)的具體情況而定，試(shi)驗溫度不能過(guo)高也不能太低(di)，應(ying)該在不傷害正常(chang)產品(pin)(pin)的前提下選(xuan)擇的溫度范(fan)圍，一(yi)般在-55~+125℃之間(jian).

    由于三(san)個(ge)標準初適用對象(xiang)的不同(tong)，使(shi)所定的溫度范(fan)圍也不相(xiang)同(tong).MILSTD-883G初主(zhu)要是針
    對(dui)(dui)軍(jun)用設備的(de)，所(suo)(suo)以(yi)在溫(wen)度的(de)規定上更為苛(ke)刻，而JESD22-A104-B是對(dui)(dui)全球的(de)電(dian)(dian)子產品(pin)所(suo)(suo)做的(de)規定，相對(dui)(dui)來說它比MIL STD-883G要(yao)寬松，由表1給出(chu)的(de)溫(wen)度范圍(wei)的(de)數(shu)據(ju)就可(ke)以(yi)看出(chu)，MILSTD-883G3的(de)高溫(wen)范圍(wei)幾乎(hu)為JESD22-A104-B的(de)一倍.在進行溫(wen)度的(de)選擇(ze)時(shi)，應考(kao)慮操作環境和系統(tong)的(de)使(shi)用，所(suo)(suo)以(yi)滿足商用品(pin)的(de)GB/T2423-2002一般將溫(wen)度范圍(wei)規定為0℃~+55℃、-40℃~+85℃， MIL-STD-883G1010.8在用于(yu)民用電(dian)(dian)子產品(pin)時(shi)將溫(wen)度定為-55℃~+125℃.
    溫度的選擇(ze)對試驗的循環次數和(he)模(mo)型(xing)的選擇(ze)都存在著影(ying)響.
    2、溫度變化速率
    溫度循環試驗箱的升溫速率及降溫速率與箱內的冷卻方式有關，如果直接采用空氣循環的冷卻方式，那么升降溫的速率就被限制在5~10℃/min；如果是液氮進行冷卻，該值為25~40℃/min.國內的溫度循環試驗箱一般都是采用空氣循環的方式進行冷卻，如RK-TH系列的溫度循環試驗箱都是采用多翼式送風機強力送風循環，而國外的溫循箱通常采用液氮進行冷卻，這樣就可以達到一個較高的溫變速率.溫度循環試驗箱冷卻方式的不同使各標準在規定溫變速率時也存在了差異.
    一般，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)(bian)(bian)化速(su)率(lv)的(de)(de)增加有利(li)于激發潛(qian)在缺陷暴(bao)露，溫(wen)(wen)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)越(yue)高，試(shi)驗(yan)(yan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)就越(yue)強(qiang)(qiang)，越(yue)容(rong)易(yi)激發樣(yang)品的(de)(de)缺陷；但當(dang)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)(bian)(bian)化速(su)率(lv)達(da)到某一特定值后，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)循環(huan)試(shi)驗(yan)(yan)的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)基(ji)本上(shang)達(da)到飽和(he)狀(zhuang)態，試(shi)驗(yan)(yan)樣(yang)品對溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化不(bu)是很敏(min)感(gan)，樣(yang)品的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)(bian)(bian)化明顯(xian)滯后于溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)循環(huan)試(shi)驗(yan)(yan)箱的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)變(bian)(bian)(bian)化.
    3、暴露時(shi)間(jian)

    高溫( TB)或低溫(TA)下暴露時(shi)間t1的(de)長短(duan)取決于試驗樣品(pin)的(de)熱容(rong)量.“熱容(rong)量”指系統在某一過(guo)(guo)程中(zhong).溫度升(sheng)高(gao)(或(huo)降低)1℃所吸收(shou)(或(huo)放(fang)出(chu))的熱量(liang).如果在一定(ding)的過(guo)(guo)程中(zhong)，當溫度升(sheng)高(gao)△T時，系(xi)統(tong)從外(wai)界吸收(shou)的熱量(liang)為△Q ，那(nei)么在該過(guo)(guo)程中(zhong)該系(xi)統(tong)的熱容量(liang)

    以低溫(wen)(wen)(wen)箱為例(li)，低溫(wen)(wen)(wen)箱的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)在TA下保持的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)t1；應該包(bao)括放人樣(yang)品(pin)(pin)后(hou)箱內溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(包(bao)括樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du))穩定到(dao)TA所需的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)t3和穩定后(hou)樣(yang)品(pin)(pin)繼續(xu)放的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)t4，t3不應該超過t1，的(de)(de)1/10.又因為t3的(de)(de)長短主要由樣(yang)品(pin)(pin)放熱的(de)(de)速度(du)(du)(即(ji)熱容量)決定，所以t1也(ye)取決于(yu)樣(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)熱容量.
    除此(ci)之外，1t與(yu)樣品(pin)的(de)熱時間(jian)常(chang)數(shu)也(ye)有重(zhong)要的(de)關系.熱時間(jian)常(chang)數(shu)取決于(yu)(yu)周園介質的(de)性質和(he)運動速度.對于(yu)(yu)大樣品(pin)或(huo)設備而言，其內部和(he)外部的(de)熱時間(jian)常(chang)數(shu)可能相差很大，故以(yi)考慮里面的(de)或(huo)易受損害的(de)熱時間(jian)常(chang)數(shu)為主(zhu).在(zai)溫度變化試驗導則(ze)中(zhong)給出(chu)了如下規定(ding):
    若t≥5τ，則d <0.01D；若t1≥2.5τ，則d <0.1D .
    式中:t1，為暴露時(shi)間；τ為試(shi)驗樣(yang)品的熱時(shi)間常數(shu)；d為試(shi)驗介質溫(wen)度(du)與(yu)試(shi)驗樣(yang)品溫(wen)度(du)之差(cha)；D為高(gao)低溫(wen)之差(cha)，即TB-TA.
根(gen)據(ju)t1與τ的關系(xi)式可知，d越(yue)小，試驗持續的時間就(jiu)越(yue)長.試驗的時間一般為3~5倍的熱時間常數.

    熱時間常數(shu)

    其中: m為樣(yang)品(pin)的(de)質(zhi)量，g；C為比熱容(rong)，J/(g·℃)；S為散(san)熱面(mian)積，cm2； λ為散(san)熱系數，W·(cm2·℃).這樣(yang)t1就(jiu)與樣(yang)品(pin)質(zhi)量存在著間接關系了.
    4、轉(zhuan)換時間
    轉換(huan)時間t2也與樣品的(de)熱時間常(chang)(chang)數有關，標準中給的(de)t2通常(chang)(chang)針對常(chang)(chang)規(gui)大(da)小(xiao)的(de)樣品，如果遇到了大(da)件樣品或(huo)小(xiao)試驗樣品，可將(jiang)轉換(huan)時間t2進行適當的(de)延長(chang)或(huo)縮短(duan).t2所包括的(de)范圍是從一箱中開始準備轉移——環境中停留一一到另一箱中放好這(zhe)一整個過程的(de)時間.
    綜合對t1和t2的(de)(de)分析(xi)，三個標準中對暴(bao)露(lu)時(shi)間和轉折時(shi)間選取的(de)(de)不(bu)同可能是因為(wei)溫度(du)循(xun)環試驗箱(xiang)的(de)(de)容積(ji)(ji)以及樣(yang)品的(de)(de)體積(ji)(ji)存在差異(yi).溫度(du)循(xun)環試驗箱(xiang)內(nei)空間容積(ji)(ji)與(yu)試樣(yang)樣(yang)品體積(ji)(ji)的(de)(de)比值(zhi)不(bu)同，會導致溫度(du)循(xun)環試驗箱(xiang)內(nei)熱容量的(de)(de)不(bu)同，這就使(shi)暴(bao)露(lu)時(shi)間t1的(de)(de)選取有異(yi)；同時(shi)，樣(yang)品的(de)(de)質量會導致τ的(de)(de)不(bu)同，進而(er)影響到t2.
    5、循環時間

    圖3給出的是MIL-STD-883G 1010.8 中測試條件下(xia)的一(yi)個(ge)(ge)圖例(li)，可(ke)見一(yi)個(ge)(ge)循環周期由兩個(ge)(ge)暴(bao)露時間t1；和兩個轉(zhuan)換時間t2組成. 

    6、循環(huan)次(ci)數
    循(xun)環次(ci)數(shu)(shu)與試(shi)驗(yan)中的(de)(de)溫(wen)度變化(hua)速(su)率、暴(bao)露時間(jian)等(deng)參數(shu)(shu)都是相互影響(xiang)(xiang)的(de)(de).如(ru)果熱(re)容量(liang)較(jiao)大，溫(wen)度變化(hua)速(su)率較(jiao)高，并且(qie)樣品在(zai)溫(wen)度循(xun)環試(shi)驗(yan)箱中暴(bao)露的(de)(de)時間(jian)足夠長，這樣在(zai)一(yi)個循(xun)環周期內試(shi)驗(yan)的(de)(de)強度可足夠大，那么經過較(jiao)少次(ci)數(shu)(shu)的(de)(de)試(shi)驗(yan)就能達(da)到預期目(mu)的(de)(de).當循(xun)環次(ci)數(shu)(shu)較(jiao)多(duo)時，每(mei)一(yi)次(ci)的(de)(de)溫(wen)度變化(hua)都會使(shi)試(shi)樣內部出現(xian)交替的(de)(de)膨脹和(he)收縮，讓其一(yi)直在(zai)熱(re)應力和(he)應變的(de)(de)作用(yong)下處(chu)于一(yi)種疲勞狀態，所以次(ci)數(shu)(shu)太(tai)多(duo)會影響(xiang)(xiang)試(shi)樣的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命，并且(qie)會提高成本，因此一(yi)般(ban)選擇適當的(de)(de)循(xun)環次(ci)數(shu)(shu).

    循環次數與溫(wen)度范圍之間也存(cun)在定量的關系.Coffin-Manson方程(cheng)建立了熱應力引起(qi)的低周疲勞(low cycle fatigue)影響模型 ，其方程(cheng)為(wei):

    式(shi)中: Nf，為溫度(du)循(xun)環(huan)的次(ci)數；△εp為塑性應變；CE，為常數.

    塑性應變△εp與溫度循環的范(fan)圍(wei)△T成正比(bi)，故式(3)可(ke)以寫成:

    式(shi)(shi)(shi)中：△T為溫度范圍；CT為常數.以加速因子的(de)形式(shi)(shi)(shi)改寫式(shi)(shi)(shi)(4)為:

    式(shi)中(zhong): Acm為(wei)循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)次(ci)(ci)數的加(jia)速因子；Nfu為(wei)正常使用時至(zhi)失效(xiao)為(wei)止的循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)次(ci)(ci)數；NfA為(wei)加(jia)速時至(zhi)失效(xiao)為(wei)止的循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)次(ci)(ci)數；△Tu為(wei)使用時溫度(du)范(fan)(fan)圍；△TA為(wei)加(jia)速時溫度(du)范(fan)(fan)圍.式(shi)(3)和式(shi)(4)就(jiu)反(fan)應出了循(xun)(xun)環(huan)(huan)(huan)次(ci)(ci)數與溫度(du)范(fan)(fan)圍之間的定量關系.
    如果要用較少的循環次數來(lai)(lai)完成實驗，可以通過(guo)拓(tuo)寬溫度范圍來(lai)(lai)實現同樣(yang)的效(xiao)果；如果實驗的溫度范圍不(bu)能(neng)設置(zhi)太寬，這時(shi)可以通過(guo)增加(jia)循環次數來(lai)(lai)達到同樣(yang)的效(xiao)果.