模拟自然环境

 

对低温的实验室模拟，首先要从作用于产品上的低温的影响和量级的大小来考虑。低温量级含产品需承受多低的温度(由于低温的诱发温度相对于自然环境温度相差很小，通常不考虑诱发温度)和需承受多长的时间。对能承受的低温而言，一般从最低温度的绝对值和最低温度的出现概率值两方面进行考虑。最低温度的绝对值是指历史上出现过的极值；出现概率值指的是；在世界或某一地区范围内，每年最冷月份当中，等于或超过给定温度的小时数与该月的总小时数(744小时)的百分比。因为极值情况出现的概率很小，如果不考虑最低温度的出现概率(风险率)，必然会导致过试验，同时大大浪费成本。例如， MIL-STD-810F中对试验应力值的选取是采取这样的原则：考虑正常研制/生产成本，在正常情况下大多数产品所选用的出现概率(风险率)为20%；对特殊的和特别重要的产品，选用的出现概率（风险率)为10%。

如果按照全球-68℃的最低温度来分，全球最低温度的出现概率(风险率)见表4-2。

表4-2全球最低温度的出现概率

给定温度（℃）	出现概率（%）
-51℃	20
-54℃	10
-57℃	5
-61℃	1

 

一般情况下，对在世界范围内使用的产品，如会受到大气直接影响，通常按上述温度与出现概率(风险率)来确定产品的存储和工作温度。其中大多数产品选用表4-2中20%的风险概率，即-51℃；而对机载电子设备等重要设备，由于考虑到一旦出现事故，就可能是人命关天的大事，影响很坏、损失很大，所以通常取10%的出现概率(风险率)，以-54℃(-65°F)作为风险概率值。
 

如果按中国-52.3℃的全国最低温度来分，最低温度的出现概率(风险率)见表4-3。

表4-3中国最低温度出现概率(风险率)

给定温度（℃）	出现概率（风险率）（%）
-41.3℃	20
-44.1℃	10
-46.1℃	5
-48.8℃	1

 

由上述数据可知，在全国范围内使用，对会直接受到大气影响的产品，取10%的出现概率(风险率)，即-44.1℃，取整数为-45℃。例如，我国军用装甲车辆环境条件标准GJB282，就是对全国最低温度记录极值-52.3℃取表4-4中的风险率得出的。
 

表4-4 军用装甲车辆低温存储和工作的温度极值及相应出现概率(风险率)

储存温度（℃）	工作温度（℃）	出现概率（风险率）（%）
-36	-36	50
-39	-39	40
-42	-42	30
-43	-43	20
-45	-45	10
-46	-46	5
-47	-47	1

 

采用货架产品的概念

 

(1)在IEC 60068和国标GB/T 2423中

与高温试验一样，在IEC 60068和国标GB/T 2423这一类基础标准中，由于不分元器件和整机，而且预先不知道使用场合，多采用货架产品的概念，给出一系列存储和工作的试验条件，即严酷程度等级，以供使用方按其实际的使用用环境(平台环境)进行选择。一般有：+5℃、-5℃、-10℃、-20℃、-25℃、-33℃、-40℃、-50℃、-55℃、-65℃。
 

(2)在GJB 360B标准中

在GJB 360B电子和电气元件试验方法中没有单独的低温试验方法，将其放在温度冲击中，采用施加高低温冲击应力来评价电子和电气元器件暴露于高低温极值下，承受温度快速变化冲击的能力。其温度等级见表4-5。
 

(3)在GJB 548B中

在GJB 548B微电子器件试验方法和程序中，没有单独的低温试验程序，将低温放在下列试验中：
 

(a)放在高低温循环+振动+开关电应力中，来确定微电子器件的典型失效率，证实器件的质量和靠性，其温度等级见表4-5。

(b)与GJB 360标准中规定一致，以高低温循环的形式来确定器件承受极端低温和极端高温的能力，以及两者交替变化对器件的影响。其温度等级见表4-5。
 

表4-5 电子和电气元件试验方法及微电子器件的低温等级

级别	GJB 360B 高低温循环应力	GJB 548B （确定典型失效率）	GJB 548B （承受极端温度能力）
A级	-55℃～+85℃	-54℃～+55℃	-55℃～+85℃
B级	-65℃～+125℃	-54℃～+71℃	-55℃～+125℃
C级	-65℃～+200℃	-54℃～+95℃	-65℃～+150℃
D级	-55℃～+350℃	-65℃～+71℃	-85℃～+200℃
E级	-65℃～+500℃	-54℃～+125℃	-85℃～+300℃
F级	-65℃～+150℃	0～+70℃	-85℃～+175℃