PCT加速老化試驗(yàn)箱介紹

一、什么是PCT加速老化試驗(yàn)箱？

PCT加速老化試驗(yàn)箱，全稱為壓力鍋蒸煮試驗(yàn)箱 或飽和蒸汽試驗(yàn)箱。它是一種利用高溫、高濕、高壓力環(huán)境，來加速材料吸濕、腐蝕、分層等失效現(xiàn)象的可靠性測試設(shè)備。

其核心目的是在極短的時(shí)間內(nèi)，模擬出產(chǎn)品在自然環(huán)境下長時(shí)間（數(shù)月甚至數(shù)年）才會(huì)出現(xiàn)的因濕氣滲透而導(dǎo)致的故障，從而快速評估產(chǎn)品的耐濕可靠性、封裝質(zhì)量及壽命。

二、工作原理與加速理論

1. 基本原理

PCT試驗(yàn)基于飽和蒸汽原理。在密閉的壓力容器內(nèi)，通過加熱純水（DI水）產(chǎn)生飽和水蒸氣。根據(jù)道爾頓分壓定律和克勞修斯-克拉貝龍方程，在壓力固定的情況下，溫度與濕度存在對應(yīng)關(guān)系。在PCT試驗(yàn)中，通過增加壓力來提高容器內(nèi)的溫度，從而創(chuàng)造出遠(yuǎn)超100°C的飽和濕度環(huán)境（100% R.H.）。

• 關(guān)鍵點(diǎn)：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，最高溫度只能達(dá)到100°C（水的沸點(diǎn)）。但在加壓環(huán)境下，水的沸點(diǎn)會(huì)升高。例如，在2個(gè)大氣壓（約0.2 MPaG）下，飽和蒸汽溫度可達(dá)約120-130°C。

2. 加速因子（AF）

PCT的加速效果非常顯著，其加速因子通常通過佩克方程 來估算：

AF = (RH_test / RH_use)^n * exp[ (E_a / k) * (1/T_use - 1/T_test) ]

其中：

• AF： 加速因子（例如，AF=100代表測試1小時(shí)相當(dāng)于自然環(huán)境下100小時(shí)）。

• RH_test： 測試環(huán)境濕度（PCT中為100%）。

• RH_use： 使用環(huán)境濕度（例如 60%）。

• E_a： 失效反應(yīng)的活化能（eV），與材料有關(guān)（通常取0.7-0.9eV）。

• k： 玻爾茲曼常數(shù)。

• T_use： 使用環(huán)境溫度（絕對溫度K）。

• T_test： 測試環(huán)境溫度（絕對溫度K）。

簡單來說，溫度和壓力的微小提升，會(huì)帶來老化速度的指數(shù)級增長。

三、核心結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)組成

一臺(tái)典型的PCT試驗(yàn)箱主要由以下幾個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成：

1. 壓力容器（試驗(yàn)腔體）： 核心部分，通常由耐腐蝕、耐高壓的不銹鋼制成，具有好的氣密性。

2. 加熱系統(tǒng)： 加熱器位于水槽底部，用于加熱產(chǎn)生飽和蒸汽。

3. 加壓系統(tǒng)： 通過壓縮空氣或氮?dú)鉃榍惑w加壓，以達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度-壓力曲線。

4. 控制系統(tǒng)： 現(xiàn)代PCT箱采用微電腦PLC或觸摸屏控制器，可精確設(shè)定和控制溫度、壓力、時(shí)間等參數(shù)，并記錄歷史數(shù)據(jù)。

5. 安全保護(hù)系統(tǒng)： 這是至關(guān)重要的部分，包括：

• 機(jī)械式安全閥： 防止壓力過高。

• 超溫保護(hù)器： 防止溫度失控。

• 泄壓裝置： 在緊急情況下手動(dòng)或自動(dòng)泄壓。

• 門安全聯(lián)鎖： 確保在腔內(nèi)有壓力時(shí)無法打開箱門。

四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

PCT測試廣泛應(yīng)用于對濕氣敏感的關(guān)鍵行業(yè)：

• 半導(dǎo)體與IC封裝： 測試芯片封裝體的抗?jié)駳鉂B透能力、防止“爆米花效應(yīng)"（因濕氣快速蒸發(fā)導(dǎo)致封裝開裂）。

• PCB/PCBA： 評估線路板、焊點(diǎn)、敷形涂層的耐腐蝕性和附著力。

• LED行業(yè)： 測試LED支架、封裝膠、熒光粉等在高溫高濕下的性能衰減。

• 光伏行業(yè)： 評估太陽能電池板背板、EVA膜等材料的阻隔性和耐久性。

• 汽車電子： 驗(yàn)證汽車電子元件在嚴(yán)苛環(huán)境下的可靠性。

• 軍事與航天電子： 對可靠性要求高的領(lǐng)域，必須進(jìn)行PCT測試。

五、標(biāo)準(zhǔn)測試條件與流程（示例）

常見的標(biāo)準(zhǔn)測試條件如 JESD22-A102 規(guī)定：

• 溫度： 110°C / 121°C / 130°C / 140°C 等（常用121°C）

• 相對濕度： 100% R.H.

• 壓力： 對應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓（如121°C時(shí)約為0.2 MPaG）

• 時(shí)間： 24h, 48h, 96h, 168h, 甚至更長。

基本操作流程：

1. 樣品準(zhǔn)備： 將樣品放置在樣品架上，不宜過密，確保蒸汽流通。

2. 加水： 向水箱中加入足量的去離子水（DI水），防止水垢。

3. 設(shè)置參數(shù)： 在控制器上設(shè)定溫度、壓力、時(shí)間等。

4. 啟動(dòng)測試： 關(guān)閉箱門，啟動(dòng)程序。設(shè)備自動(dòng)加熱、加壓，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后開始計(jì)時(shí)。

5. 測試結(jié)束： 程序結(jié)束后，設(shè)備自動(dòng)排氣、降溫。必須等待壓力和溫度降至安全范圍后，才能打開箱門！

6. 取出樣品與評估： 取出樣品，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（如JEDEC標(biāo)準(zhǔn)要求2小時(shí)內(nèi)）進(jìn)行后續(xù)的電性測試、外觀檢查、切片分析等。

六、注意事項(xiàng)與安全警告

• 高壓危險(xiǎn)： PCT箱是高壓容器，絕對禁止在仍有壓力時(shí)強(qiáng)行打開箱門，否則會(huì)有爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

• 高溫燙傷： 測試結(jié)束后，腔體和樣品溫度高，需佩戴隔熱手套操作。

• 使用去離子水： 必須使用去離子水或蒸餾水，防止水垢積聚，損壞加熱器和傳感器。

• 定期維護(hù)： 定期檢查安全閥、密封圈、水位傳感器等，確保設(shè)備處于安全狀態(tài)。

• 標(biāo)準(zhǔn)選擇： 測試前需明確依據(jù)哪種行業(yè)或公司標(biāo)準(zhǔn)（如JEDEC, IPC, MIL-STD），并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置條件，否則結(jié)果沒有可比性。

總結(jié)來說，PCT加速老化試驗(yàn)箱是電子、材料等行業(yè)進(jìn)行可靠性篩選和品質(zhì)驗(yàn)證的強(qiáng)力工具。它通過環(huán)境條件，快速暴露產(chǎn)品的潛在缺陷，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要一環(huán)。