电子元件是电子设备的核心，其可靠性直接决定设备性能与寿命。实际应用中，电子元件常面临温湿度交替的复杂环境，易引发材料老化、封装失效等问题。温度湿度循环测试作为生物环境试验的关键项目，通过模拟极端温湿度交替场景，验证电子元件的抗环境应力能力，是保障其可靠性的重要手段。本文围绕该测试的方案设计与实施要点展开，为试验开展提供专业参考。

温度湿度循环测试的试验目的与适用标准

温度湿度循环测试的核心目的是评估电子元件在温湿度交替环境下的耐受性，具体包括验证材料抗老化能力、封装密封性、电性能稳定性及内部组件抗腐蚀能力。例如，塑料封装集成电路易因温湿度交替导致封装材料吸湿膨胀，引发引脚与封装间应力开裂；陶瓷电容可能因温度变化导致介电常数漂移，影响电容值稳定性。

该测试需遵循国际或行业标准，常见标准包括IEC 60068-2-30《环境试验 第2-30部分：试验方法 试验Db：交变湿热（12h+12h循环）》、GB/T 2423.4《环境试验 第2部分：试验方法 试验Db：交变湿热（12h+12h循环）》及MIL-STD-810H方法507.6《湿度》。不同标准对试验参数（如循环周期、温湿度范围）要求不同，需根据应用领域选择——军工电子多采用MIL-STD-810H，消费电子常用IEC 60068-2-30。

标准的选择需结合元件的实际使用环境。例如，热带地区使用的电子设备，需参考IEC 60068-2-30的85℃/85%RH参数；寒带地区的设备则需采用MIL-STD-810H的-40℃/10%RH参数，确保试验的针对性。

试验样品的准备与预处理

试验样品的数量需满足统计有效性，通常至少选取3个同一批次、同一型号的代表性样品，若客户有要求则按技术规范调整。样品需保持原始状态，未经过焊接、清洗等额外处理，避免外部因素干扰结果。

每个样品需标注唯一标识（如条形码、编号），确保试验过程中不混淆。标识需清晰、耐磨，避免试验过程中因温湿度变化脱落。

预处理是消除样品前期环境影响的关键。需将样品置于标准环境（25℃±2℃，50%RH±5%）下放置24小时以上，让样品内部湿度达到平衡。对于吸湿性强的元件（如塑料封装集成电路），预处理时间需延长至48小时，防止试验初期样品自身湿度变化影响结果。

预处理后的样品需再次检查外观，确保无引脚弯曲、封装划痕等初始缺陷，若有损伤需更换样品，避免初始缺陷导致试验误判。

试验设备的选择与校准要求

试验设备的温湿度范围需覆盖元件应用的极端环境，通常要求温度-40℃~150℃、相对湿度10%RH~98%RH，满足大部分电子元件的试验需求（如军工元件耐-40℃，工业元件耐125℃）。

设备的控制精度与均匀性直接影响试验准确性。温度控制精度需±0.5℃，湿度±2%RH；内部温湿度均匀性需满足温度±1℃、湿度±3%RH（依据IEC 60068-3-1），确保每个样品承受一致的环境应力。

设备需配备强制空气循环系统，通过风机将温湿度均匀输送至内部，避免局部温湿度偏差。例如，无强制循环的设备可能出现角落样品温度比中心低5℃的情况，影响试验一致性。

设备需定期校准，通常每年1次。使用经计量认证的标准温湿度传感器（如Vaisala HMP60、Fluke 51 II）校准温湿度范围、控制精度与均匀性，校准后保留证书。若设备故障或维修，需重新校准后方可使用。

温度湿度循环曲线的设计原则

温度湿度循环曲线通常由升温段、高温高湿保持段、降温段、低温低湿保持段组成，各阶段参数需结合元件材料特性与应用场景设计。

升温/降温速率需控制在1~5℃/min。速率过快会导致样品内部应力过大（如塑料封装开裂），过慢则延长试验时间。例如，陶瓷电感可采用5℃/min，塑料电阻需用1℃/min。

高温高湿段需接近元件实际应用的极端环境。如热带地区设备设为85℃/85%RH，保持8~12小时，确保湿度渗透至样品内部，引发材料老化。

低温低湿段需覆盖元件应用的最低温度。如北方冬季设备设为-20℃/30%RH，保持8小时，验证元件的抗低温收缩能力；军工设备设为-40℃/10%RH，保持12小时，满足严苛环境需求。

循环次数需根据元件预期寿命确定。消费电子10~20次（对应1~3年寿命），工业电子20~50次（3~5年），军工50~100次（5~10年），确保试验覆盖元件的全生命周期应力。

试验过程的操作步骤与注意事项

试验第一步是设备预热。开启设备后，预热至25℃/50%RH的待机状态，等待30分钟让内部温湿度稳定。

第二步是样品放置。将预处理后的样品放入设备，确保间距≥5mm，不遮挡进风口/出风口，不接触内壁（避免局部温度偏差）。

第三步是启动程序。导入预设的循环曲线（如10次循环，每次含升温、高温高湿、降温、低温低湿），核对参数无误后启动试验。

第四步是实时监控。通过设备软件每1分钟查看温湿度曲线，确保与设计一致。若偏离设定值超过2%，立即报警检查。

第五步是循环间检测。每个循环结束后，暂停设备，戴隔热手套取出样品，冷却10分钟后检查外观（放大镜看开裂）、测试电性能（LCR表测电容值），记录数据。

第六步是完成试验。所有循环结束后，将样品取出，置于标准环境恢复24小时，让温湿度回归正常。

注意事项需严格遵守：1、严禁擅自开门，否则重新循环。

2、样品负载率≤80%，避免影响均匀性。

3、异常中断后需记录状态，恢复后检查无异常方可继续。

4、专人值守，防止事故。

试验过程中的数据采集与监控

数据采集需覆盖试验全程，包括温湿度实时数据、样品状态数据与电性能数据。

温湿度数据每1分钟记录一次，用设备自带传感器或外接系统（如NI cDAQ）保存为CSV格式，确保可追溯。

样品状态数据需每个循环后记录，用高分辨率相机拍摄外观（如开裂、变形），用文字描述细节（如“引脚根部出现0.5mm裂纹”）。

电性能数据需测试关键参数，如电阻值、电容值、电感值，每个循环后用LCR表测试，记录变化率（如“电容值从100nF变为103nF，变化率3%”）。

监控需用实时报警系统，温湿度偏离设定值超过2%或设备故障时触发声光报警。异常处理流程：停止试验→检查原因（如密封条老化）→排除故障→重新校准→确认样品无损伤后继续。

试验后样品的检测与结果判定

试验后需对样品进行三项检测：外观、电性能、机械性能。

外观检测用≥10倍显微镜检查，看封装是否开裂、引脚是否腐蚀、标识是否清晰。例如，塑料封装的片式电阻若出现封装开裂，说明抗环境应力能力不足。

电性能检测测试关键参数，需符合产品规格书。如电容值变化率≤5%、电阻值变化率≤10%（具体数值按规格书调整），若超过则判定电性能失效。

机械性能检测针对有机械连接要求的元件（如引脚式元件），测试引脚拉力（依据IEC 60068-2-10），要求拉力值≥规格书最小值（如≥5N）。

结果判定遵循“全检合格”原则——所有样品的外观、电性能、机械性能均符合要求，判定合格；若1个不合格，加倍抽样重测，仍不合格则判定不合格。不合格样品需做失效分析（如SEM扫面电镜看开裂原因），为改进提供依据。

常见问题的分析与解决

温湿度控制不稳定：多因设备密封条老化或风机故障，需更换密封条或维修风机。例如，密封条老化会导致外部空气进入，影响湿度控制。

样品封装开裂：多因降温速率过快，需将速率从3℃/min降至1℃/min，减少内部应力。

电性能变化过大：多因高温高湿时间过长，需缩短保持时间（如从12小时降至8小时），避免材料过度老化。

引脚腐蚀：多因湿度太高或样品表面有污染物，需降低湿度至85%RH，或试验前用酒精清洁样品表面。

数据记录异常：多因传感器校准过期，需重新校准传感器，确保数据准确性。