溫度應力

溫度應力
環境應力條件可以引起產品失效，Hughes航空公司（美國）技術資料明確地表示了失效與環境應力之關（見圖2）。可見在各種應力影響之中溫度和濕度環境應力所引發地失效占所有環境應力引發失效的60％左右，而溫度應力與失效之間存在著密切的關系。
目前，在世界各地，無論從陸地到海洋或者從高空到宇宙空間，都廣泛地使用電子電工以及其他領域的產品。由于氣溫隨著高度的增加而降低或在冬季高緯度地區，或者有些產品所在位置接近制冷元件、設備或系統，或者有些產品本身就包括制冷元件、設備或系統，從而產生低溫環境。低溫幾乎對所有的材料都會產生不同程度的有害影響，構成產品的各種材料的物理性能、電性能等將發生變化，導致暫時性或長久性的性能下降，甚至引起失效。
圖2 環境應力與失效之關系
同樣，低緯度熱帶地區的自然高溫、太陽輻射的增溫、通風不良引起的溫升以及散熱樣品在使用中自身發熱引起的溫升等產生的高溫，高溫會使電子組合可靠性下降，機械結構的密封件、橡膠件和塑料件等受高溫和太陽照射作用會迅速老化和劣化，其他各種材料的結構、物理性能、電性能也會發生很大的變化，導致暫時或長久性的損傷和性能變化。
另外，在產品貯存、運輸、使用和安裝過程以及中，除自然氣候的變化以外，也會遇到因人類的社會實踐而誘發的環境溫度的變化。例如設備從溫度較高的室內移到溫度相對較低的室外；或者從溫度相對較低的室外移到溫度較高的室內；或者在室外使用的設備在強烈的太陽輻射之后突然降雨或浸到冷水；或者溫度的極度升高導致焊錫回流現象出現，或者啟動馬達時周圍器件的溫度急速升高，關閉馬達時周圍器件會出現溫度驟然下降；或者設備可能在溫度較低地環境中連接到電源上，導致設備內部產生陡峭的溫度梯度，在溫度較低地環境中切斷電源可能會導致設備內部產生相反方向陡峭的溫度梯度；或者當航空器起飛或者降落時，航空器機載外部器材可能會出現溫度地急劇變化等等。由于急劇的溫度變化將使產品受到一定熱沖擊力，在這種熱沖擊力的作用下，將導致電子電工元件的涂覆層脫落、密封材料龜裂甚至破碎、填充材料泄漏等，從而引起電子元器件電性能下降；對于由不同材料構成的產品，由于溫度變化時產品受熱不均勻，導致產品變形、開裂、破碎等。由于溫度變化產生較大的溫差，低溫時產品表面會產生凝露或結霜，高溫時蒸發或融化，如此高低溫反復作用的結果導致和加速了產品的腐蝕。
下表給出了溫度應力引發失效的主要類型。
表1 溫度應力引發失效的主要類型

因而，當討論與溫度有關的產品壽命時，一般采用“θ℃規則”的表達方式。具體應用時可以表達為“10℃規則”等，例如當周圍環境溫度上升10℃時，產品壽命就會減少一半；當周圍環境溫度上升20℃時，產品壽命就會減少到四分之一。這種規則可以說明溫度是如何影響產品壽命（失效）的。
反之，人們可以在較短的時間內，利用升高環境溫度或降低環境溫度或利用超高溫和超低溫的交替來加速產品的失效現象發生，確定產品的特性變化以及由于構成元器件的異種材料熱膨脹系數不同而造成的故障問題。多應用于開發篩選試驗、材料特性試驗、極限試驗、評估試驗、品質確認試驗、加速壽命老化試驗等多種場合的需要。