基于电子产品湿热对绝缘及介电强度影响的探讨

庄少红，谭耀堂

（中国电器科学研究院有限公司，广州 510300）

引言

电子产品的质量问题，关系到产品整机的质量和寿命安全。特别是在南方地区，潮湿气候的天气比例相对比其他地方出现潮湿频次高，对于电子产品安全寿命影响较大。研究发现，环境温度与湿度的变化事故导致电子产品在日常生活中出现故障、电气短路、光学元件成像传输质量发生下降现象的主要原因。本文将针对上述现象设置试验并进行案例分析。

以标准GB 8898 音频、视频及类似电子产品 安全要求 的湿热试验条件及要求：

产品的安全不得受到在预期使用中可能出现的湿热环境的损害。

如果有电缆进线口，要将其打开。如果具有敲落孔，则应当将它们敲掉。

能手动拆除的电气组件、盖子和其他零部件要拆除，而且如有必要，要随同主件一起承受湿热处理。

产品在放入潮湿箱之前，首先应置于温度在规定的温度与高于规定的温度4 K之间的环境中，

产品应承受（40±2）℃，相对湿度为 （93±3）%的湿热处理。

产品在潮湿箱内放置时间为：

——预定在热带气候下使用的产品：5 d（120 h）

——其他产品：2 d （48 h）

1 湿热试验对产品的失效模式

1.1 发生物理性能的变化

核心因素主要为吸附吸收效应的作用。影响材料体积膨胀，使密封产品的密封性能降低或遭到破坏，使产品表面的涂敷层发生剥落；隔热材料的隔热特性发生变化，复合材料分层，材料的弹性或塑性发生改变，从而吸湿材料性能和润滑剂性能降低，凝露和游离水也因此而使光学器件表面模糊，热传递特性发生变化，光学元件图像传输质量而出现降低等变化。

1.2 发生表面化学性能的影响

核心因素主要为水分的吸收和扩散（渗透）作用。水分加速产品表面的化学反应，促使金属产生氧化或电化学发生腐蚀，从而表面有效涂层和无机涂层的化学或电化学破坏，使表面潮气和外来附着物相互作用而产生表面腐蚀层，只要有适宜的湿度条件或在产品表面产生凝露，那么将会导致不同程度的化学或电化学腐蚀。

1.3 发生电性能的变化

核心因素主要为凝露和吸附（渗透）作用。表面的电阻率下降的主要原因，主要在于绝缘材料的表面绝缘电阻下降，从而发生漏电现象。其次，电气绝缘性能变化，损耗角增大，从而产生漏电流现象。对于整机产品而言，那么将会导致灵敏度降低、频率漂移、电气短路、光学元件成像传输质量发生下降等一些因素，凝露和游离水还会使电气短路和损坏。

2 湿热试验主要案例

2.1 湿热试验后绝缘性能受影响案例

表1 以一组抽查试验数据为案例。

表1 抽查试验数据

不合格率案例分析见图1。

图1 湿热48 h/120 h试验后绝缘电阻 （MΩ）图表曲线

湿热48 h试验后5# 绝缘电阻小于标准GB 8898规定要求2 MΩ；

湿热120 h试验后2# 、5# 绝缘电阻小于标准GB 8898规定要求2 MΩ；

2.2 湿热试验后介电强度受影响案例见图2、图3

图2 3 000 V-1 min 击穿 (指示灯亮)

图3 样品开关部位（击穿）

2.3 案例分析

试验证明：试验条件，试验模式以及试验状态相同，试验严酷等级不同，经过湿热试验后，不合格率明显增加，因此考核产品的合格率，需要根据产品使用环境条件而确定产品的严酷等级进行评估而筛选客观合理的严酷等级进行试验，切实做到既不加严，也不放宽，客观合理评价。

3 凝露现象的产生及解决方案

研究分析发现，如果样品温度低于试验箱内流动空气的露点温度，样品上将会产生凝露。假设试验箱内流动空气的温度为85 ℃，相对温度为85 %，空气的露点为80.9 ℃，出现凝露主要原因主要是样品表面温度低于80.9 ℃将会产生凝露。因此为了更好地防止出现凝露，在进行试验前，首先应先把样品温度升到试验箱内空气温度，这样可以避免凝露的情况，下表是容易产生凝露的温湿度点，仅供参考。

3.1 凝露现象的产生

以试验条件：温度范围为85 ℃，湿度为85 %RH为案例：（备注：室温→温度变化率1 ℃/min）

1）在第2步程序中把温度升高到85 ℃，假设湿度也升到85 %RH，这种情况样品表面温度可能保持低于凝露点，样品表面将产生凝露，因此该程序仅仅是把温度控制在85 ℃。第二步程序的长度，将按照样品的热容量变化而变化，目的是保证有足够的时间使试验箱内温度稳定在85 ℃；

2）第3步再设定温度85 ℃，相对湿度85 % 的程序，在这一步虽然湿度刚开始。但样品表面温度已达到85 ℃，因此样品不会产生凝露，否则将会出现凝露。

3.2 防止产生凝露现象的方案 （下面以A、B模式进行对比）

A模式：防止样品表面出现凝露的试验程序设定的试验结果：（详见图5，图6）

图5 A模式样品工作正常(试验状态：通电)

图6 A模式样品工作正常(试验168 h通电正常)

第1步程序设定：温度：85 ℃，湿度：85 %RH；（备注：室温→温度变化率1 ℃/min）

在第2步程序中把温度升高到85 ℃，假设湿度也升到85 %RH，这种情况样品表面温度可能保持低于凝露点，样品表面将产生凝露，因此该程序仅仅是把温度控制在85 ℃。第二步程序的长度，将按照样品的热容量变化而变化，目的是保证有足够的时间使试验箱内温度稳定在85 ℃；

表2 温度、相对湿度产生露点温度明细表

图4 温度、相对湿度产生露点温度分布图

第3步再设定温度85 ℃，相对湿度8 % 的程序，在这一步虽然湿度刚开始。但样品表面温度已达到85 ℃，因此样品不会产生凝露。

B模式：未有防止样品表面出现凝露的试验程序设定的试验结果：（详见图7，图8）

图7 B模式样品工作正常(试验状态：通电)

图8 B模式样品已出现故障(试验168 h 电气短路失效)

第1步程序设定：温度：85 ℃，湿度：85 %RH；（备注：室温，温度变化率1 ℃/min）

在第2步程序中把温度升高到85 ℃，假设湿度也升到85 %RH，这种情况样品表面温度可能保持低于凝露点，样品表面将产生凝露，因此该程序仅仅是把温度控制在85 ℃。第二步程序的长度，将按照样品的热容量变化而变化；

第3步程序设为25 ℃，湿度75 %，由于程序没有设定该试验条件的暴露时间（样品表面温度可能未达到85 ℃这条件的温湿度）然后，程序马上设定降温, 可能导致样品出现凝露。

3.3 结论

上述案例可见，产品线需要结合标准方法的严酷等级进行试验，同时试验过程、试验方法以及沉淀积累也是至关重要的环节，因此A模式和B模式方法进行对比，采用A模式试验结果：通过，B模式试验结果：不通过，试验得出结果明显不同。

4 结束语

试验结果关键取决于几个主要因素，首先是产品的质量；其次，试验过程、试验方法积累以及技术人员积累，精湛技术、深入掌握试验方式方法等；第三，试验严酷等级确定, 一个重要问题是承受不同事件的组合。此外，环境因素不仅是同时存在的，而且考虑其综合效应。另外，时间压缩和试验加速是更有效的试验开发的典型目的。难度在于能够通过实际的试验方法和严酷等级加速模拟正确的失效模式，仅供参考。