PCT高压加速老化试验箱详细介绍

一、 概述与定义

PCT，全称为Pressure Cooker Test，中文通常称为高压加速老化试验 或压力锅测试。PCT试验箱是一种利用高温、高湿、高饱和蒸汽压力（通常高于1个标准大气压）的环境，来加速材料吸湿、腐蚀、分层、开裂等失效现象的可靠性测试设备。

它模拟的是一个极其严酷的湿热环境，其加速因子远高于传统的恒温恒湿试验（如85℃/85%RH），能够在短时间内（如几十到几百小时）评估出产品在长时间（如数年）自然潮湿环境下的寿命和可靠性。

二、 工作原理

PCT的核心原理基于饱和蒸汽压定律（克劳修斯-克拉佩龙方程）。简单来说，在一个密闭的压力容器中，当水被加热时，水蒸气会充满整个空间。随着温度升高，饱和蒸汽的压力会呈指数级增长。

• 传统恒温恒湿（85℃/85%RH）： 在85℃时，饱和蒸汽压约为57.8 kPa，而85%RH意味着实际蒸汽压约为49.1 kPa。此时环境压力仍接近常压。

• PCT测试（如121℃/100%RH）： 在121℃时，饱和蒸汽压会达到约202.9 kPa（绝对压力，约为2个标准大气压）。这意味着箱内充满了100%湿度的饱和蒸汽，且压力远高于外界。

这种高温、高饱和压的环境会极大地加速水蒸气向产品内部（如塑料封装、芯片内部、材料接合处）的渗透和扩散，从而引发：

1. 腐蚀： 加速金属引线、焊点的电化学腐蚀。

2. 分层： 导致不同材料（如芯片与封装树脂）之间的结合面因热膨胀系数不匹配而分离。

3. 爆米花效应： 塑料封装IC吸收水分后，在高温回流焊时内部水分急剧汽化导致封装体开裂。

4. 材料变性： 高分子材料水解、老化、机械性能下降。

三、 核心系统组成

一台典型的PCT试验箱主要由以下几个系统构成：

1. 压力容器（试验腔体）：

   • 核心部分，是一个能承受高压的密闭不锈钢舱体。通常具有加强结构，确保安全。

   • 内部有放置样品的样品架。

2. 加热与温度控制系统：

   • 通过浸入式加热管或夹套加热方式，对容器底部的纯水进行精确加热，以产生饱和蒸汽。

   • 采用PID智能控制器，精确控制温度，波动度小。

3. 压力控制系统：

   • 通过精确控制温度来间接控制饱和蒸汽压力（因为饱和蒸汽的温度和压力是一一对应的）。

   • 配备安全阀和机械式压力开关，作为过压保护的双重保险。

4. 加湿与供水系统：

   • 使用水箱储存或外部供应纯水或去离子水，以防止水垢和杂质污染样品和箱体。

   • 自动补水功能，确保测试过程中水位稳定。

5. 安全保护系统（至关重要）：

   • 安全阀： 当压力超过设定极限，自动泄压。

   • 超温保护器： 独立于主温控系统，防止温度失控。

   • 过压保护装置： 机械式压力开关。

   • 门安全联锁： 确保在箱内有压力时无法打开箱门，必须等内部压力释放、温度降至安全范围后才能开启。

四、 主要应用领域

PCT测试广泛应用于对湿气敏感的产品和材料的可靠性评估：

• 半导体与IC封装： 评估封装树脂的防潮性能、芯片内部的腐蚀情况、引线键合完整性等。这是PCT经典的应用。

• PCB与PCBA： 测试线路板基材、阻焊层、焊点及导电线路的抗湿热老化能力。

• LED行业： 测试LED支架、封装胶、荧光粉等在高温高湿下的性能衰减和色漂移。

• 汽车电子： 模拟发动机舱等恶劣环境，确保电子元件的长期可靠性。

• 高分子材料： 研究塑料、橡胶、粘合剂、涂料等材料的吸湿性、水解稳定性和机械强度变化。

• 航空航天、军事领域： 对高可靠性元器件进行苛刻环境筛选。

五、 标准测试流程（示例）

1. 准备样品： 将待测样品放置在样品架上，确保不重叠，蒸汽能充分循环。

2. 添加纯水： 确保水箱中有足量的规定纯水。

3. 设置参数： 在控制器上设定测试温度（如121℃）、压力（通常自动对应）和测试时间（如96小时）。

4. 启动测试： 关闭并锁紧箱门，启动设备。设备自动加热、加压至设定值并开始计时。

5. 测试中监控： 设备会自动记录温度、压力曲线，并保持稳定。

6. 测试结束： 到达设定时间后，设备自动停止加热，并开始缓慢泄压和降温。严禁手动强行泄压或开门！

7. 取出样品与评估： 待压力归零、温度冷却至安全值后，打开箱门取出样品。根据标准（如JESD22-A102）进行电气测试、外观检查、切片分析等失效分析。

六、 关键性能参数

在选择和使用PCT时，需关注以下参数：

• 温度范围： 常见为105℃ ~ 135℃，设备可达150℃。

• 压力范围： 对应温度范围，如0.2 ~ 0.5 MPaG（表压）。

• 温度均匀度： ±0.5℃ 或更好，确保箱内各点条件一致。

• 温度波动度： ±0.3℃。

• 升温时间： 从室温升至121℃所需的时间，通常在30~60分钟内。

• 内箱材质： 通常为SUS304或SUS316不锈钢，耐腐蚀。

• 安全装置： 必须齐全有效。

七、 安全注意事项

• 严禁使用自来水： 必须使用纯水或去离子水，防止结垢和污染。

• 严禁超载： 样品摆放不得堵塞风道或过于密集。

• 严禁带压开门： 这是极其危险的操作！必须严格遵守设备的安全联锁程序。

• 定期维护： 定期检查安全阀、压力表、密封圈等易损件，确保其功能正常。

• 专业操作： 操作人员需经过专业培训，熟悉设备性能和应急处理流程。

总结来说，PCT高压加速老化试验箱是现代电子、材料工业中可靠性测试工具。它通过创造一个严酷的饱和蒸汽环境，在短时间内揭示产品的潜在缺陷和寿命，为产品质量提升和改进设计提供了至关重要的数据支持。