PCT高壓加速老化試驗(yàn)箱詳細(xì)介紹

一、 概述與定義

PCT，全稱(chēng)為Pressure Cooker Test，中文通常稱(chēng)為高壓加速老化試驗(yàn) 或壓力鍋測(cè)試。PCT試驗(yàn)箱是一種利用高溫、高濕、高飽和蒸汽壓力（通常高于1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的環(huán)境，來(lái)加速材料吸濕、腐蝕、分層、開(kāi)裂等失效現(xiàn)象的可靠性測(cè)試設(shè)備。

它模擬的是一個(gè)極其嚴(yán)酷的濕熱環(huán)境，其加速因子遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的恒溫恒濕試驗(yàn)（如85℃/85%RH），能夠在短時(shí)間內(nèi)（如幾十到幾百小時(shí)）評(píng)估出產(chǎn)品在長(zhǎng)時(shí)間（如數(shù)年）自然潮濕環(huán)境下的壽命和可靠性。

二、 工作原理

PCT的核心原理基于飽和蒸汽壓定律（克勞修斯-克拉佩龍方程）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在一個(gè)密閉的壓力容器中，當(dāng)水被加熱時(shí)，水蒸氣會(huì)充滿(mǎn)整個(gè)空間。隨著溫度升高，飽和蒸汽的壓力會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

• 傳統(tǒng)恒溫恒濕（85℃/85%RH）： 在85℃時(shí)，飽和蒸汽壓約為57.8 kPa，而85%RH意味著實(shí)際蒸汽壓約為49.1 kPa。此時(shí)環(huán)境壓力仍接近常壓。

• PCT測(cè)試（如121℃/100%RH）： 在121℃時(shí)，飽和蒸汽壓會(huì)達(dá)到約202.9 kPa（絕對(duì)壓力，約為2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。這意味著箱內(nèi)充滿(mǎn)了100%濕度的飽和蒸汽，且壓力遠(yuǎn)高于外界。

這種高溫、高飽和壓的環(huán)境會(huì)極大地加速水蒸氣向產(chǎn)品內(nèi)部（如塑料封裝、芯片內(nèi)部、材料接合處）的滲透和擴(kuò)散，從而引發(fā)：

1. 腐蝕： 加速金屬引線(xiàn)、焊點(diǎn)的電化學(xué)腐蝕。

2. 分層： 導(dǎo)致不同材料（如芯片與封裝樹(shù)脂）之間的結(jié)合面因熱膨脹系數(shù)不匹配而分離。

3. 爆米花效應(yīng)： 塑料封裝IC吸收水分后，在高溫回流焊時(shí)內(nèi)部水分急劇汽化導(dǎo)致封裝體開(kāi)裂。

4. 材料變性： 高分子材料水解、老化、機(jī)械性能下降。

三、 核心系統(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，是一個(gè)能承受高壓的密閉不銹鋼艙體。通常具有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，確保安全。

   • 內(nèi)部有放置樣品的樣品架。

2. 加熱與溫度控制系統(tǒng)：

   • 通過(guò)浸入式加熱管或夾套加熱方式，對(duì)容器底部的純水進(jìn)行精確加熱，以產(chǎn)生飽和蒸汽。

   • 采用PID智能控制器，精確控制溫度，波動(dòng)度小。

3. 壓力控制系統(tǒng)：

   • 通過(guò)精確控制溫度來(lái)間接控制飽和蒸汽壓力（因?yàn)轱柡驼羝臏囟群蛪毫κ且灰粚?duì)應(yīng)的）。

   • 配備安全閥和機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)，作為過(guò)壓保護(hù)的雙重保險(xiǎn)。

4. 加濕與供水系統(tǒng)：

   • 使用水箱儲(chǔ)存或外部供應(yīng)純水或去離子水，以防止水垢和雜質(zhì)污染樣品和箱體。

   • 自動(dòng)補(bǔ)水功能，確保測(cè)試過(guò)程中水位穩(wěn)定。

5. 安全保護(hù)系統(tǒng)（至關(guān)重要）：

   • 安全閥： 當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定極限，自動(dòng)泄壓。

   • 超溫保護(hù)器： 獨(dú)立于主溫控系統(tǒng)，防止溫度失控。

   • 過(guò)壓保護(hù)裝置： 機(jī)械式壓力開(kāi)關(guān)。

   • 門(mén)安全聯(lián)鎖： 確保在箱內(nèi)有壓力時(shí)無(wú)法打開(kāi)箱門(mén)，必須等內(nèi)部壓力釋放、溫度降至安全范圍后才能開(kāi)啟。

四、 主要應(yīng)用領(lǐng)域

PCT測(cè)試廣泛應(yīng)用于對(duì)濕氣敏感的產(chǎn)品和材料的可靠性評(píng)估：

• 半導(dǎo)體與IC封裝： 評(píng)估封裝樹(shù)脂的防潮性能、芯片內(nèi)部的腐蝕情況、引線(xiàn)鍵合完整性等。這是PCT經(jīng)典的應(yīng)用。

• PCB與PCBA： 測(cè)試線(xiàn)路板基材、阻焊層、焊點(diǎn)及導(dǎo)電線(xiàn)路的抗?jié)駸崂匣芰Α?/p>

• LED行業(yè)： 測(cè)試LED支架、封裝膠、熒光粉等在高溫高濕下的性能衰減和色漂移。

• 汽車(chē)電子： 模擬發(fā)動(dòng)機(jī)艙等惡劣環(huán)境，確保電子元件的長(zhǎng)期可靠性。

• 高分子材料： 研究塑料、橡膠、粘合劑、涂料等材料的吸濕性、水解穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度變化。

• 航空航天、軍事領(lǐng)域： 對(duì)高可靠性元器件進(jìn)行苛刻環(huán)境篩選。

五、 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程（示例）

1. 準(zhǔn)備樣品： 將待測(cè)樣品放置在樣品架上，確保不重疊，蒸汽能充分循環(huán)。

2. 添加純水： 確保水箱中有足量的規(guī)定純水。

3. 設(shè)置參數(shù)： 在控制器上設(shè)定測(cè)試溫度（如121℃）、壓力（通常自動(dòng)對(duì)應(yīng)）和測(cè)試時(shí)間（如96小時(shí)）。

4. 啟動(dòng)測(cè)試： 關(guān)閉并鎖緊箱門(mén)，啟動(dòng)設(shè)備。設(shè)備自動(dòng)加熱、加壓至設(shè)定值并開(kāi)始計(jì)時(shí)。

5. 測(cè)試中監(jiān)控： 設(shè)備會(huì)自動(dòng)記錄溫度、壓力曲線(xiàn)，并保持穩(wěn)定。

6. 測(cè)試結(jié)束： 到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，設(shè)備自動(dòng)停止加熱，并開(kāi)始緩慢泄壓和降溫。嚴(yán)禁手動(dòng)強(qiáng)行泄壓或開(kāi)門(mén)！

7. 取出樣品與評(píng)估： 待壓力歸零、溫度冷卻至安全值后，打開(kāi)箱門(mén)取出樣品。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如JESD22-A102）進(jìn)行電氣測(cè)試、外觀(guān)檢查、切片分析等失效分析。

六、 關(guān)鍵性能參數(shù)

在選擇和使用PCT時(shí)，需關(guān)注以下參數(shù)：

• 溫度范圍： 常見(jiàn)為105℃ ~ 135℃，設(shè)備可達(dá)150℃。

• 壓力范圍： 對(duì)應(yīng)溫度范圍，如0.2 ~ 0.5 MPaG（表壓）。

• 溫度均勻度： ±0.5℃ 或更好，確保箱內(nèi)各點(diǎn)條件一致。

• 溫度波動(dòng)度： ±0.3℃。

• 升溫時(shí)間： 從室溫升至121℃所需的時(shí)間，通常在30~60分鐘內(nèi)。

• 內(nèi)箱材質(zhì)： 通常為SUS304或SUS316不銹鋼，耐腐蝕。

• 安全裝置： 必須齊全有效。

七、 安全注意事項(xiàng)

• 嚴(yán)禁使用自來(lái)水： 必須使用純水或去離子水，防止結(jié)垢和污染。

• 嚴(yán)禁超載： 樣品擺放不得堵塞風(fēng)道或過(guò)于密集。

• 嚴(yán)禁帶壓開(kāi)門(mén)： 這是極其危險(xiǎn)的操作！必須嚴(yán)格遵守設(shè)備的安全聯(lián)鎖程序。

• 定期維護(hù)： 定期檢查安全閥、壓力表、密封圈等易損件，確保其功能正常。

• 專(zhuān)業(yè)操作： 操作人員需經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，熟悉設(shè)備性能和應(yīng)急處理流程。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，PCT高壓加速老化試驗(yàn)箱是現(xiàn)代電子、材料工業(yè)中可靠性測(cè)試工具。它通過(guò)創(chuàng)造一個(gè)嚴(yán)酷的飽和蒸汽環(huán)境，在短時(shí)間內(nèi)揭示產(chǎn)品的潛在缺陷和壽命，為產(chǎn)品質(zhì)量提升和改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支持。