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自然對流試驗(無風循環溫度試驗)與規範說明

作者：江志宏

         家庭娛樂視聽設備以及汽車電子是許多廠商的重點商品之一，產品在研發過程中，必須要模擬在不同溫度下，產品對溫度的適應性以及電子特性。但是採用一般烤箱或恆溫恆濕機在進行溫度環境模擬的同時，不管是烤箱或恆溫恆濕機都有裝置循環風扇的測試區，於是在測試區中會有風速的問題產生(www.kson.com.tw)。

　    試驗時，其溫度均勻性是透過轉動循環風扇來平衡，雖然透過風循環可以讓測試區的溫度達到均勻性，但是其待測品本身的發熱量也會被循環風所帶走，與實際產品在無風的使用環境下(如客廳、室內)，會有明顯的不一致性(www.kson.com.tw)。

　因為有風循環的關係，會讓有送電的待測品溫差將近10℃，為了模擬實際使用環境狀況，很多人都會誤解只有試驗機台能夠產生溫度(如：烤箱、恆溫恆濕機)就可以進行自然對流試驗，其實並非如此。就規範中，針對風速方面有特別的要求，需要無風速的試驗環境。透過自然對流試驗設備(無強迫風循環試驗)，產生沒有透過風扇的溫度環境(自然對流)，進而進行待測品相關溫度偵測之測試整合試驗，此解決方案可適用於家庭相關電子產品或密閉空間的實際環境溫度試驗(如：大尺寸液晶電視、汽車駕駛艙、汽車電子、筆記型電腦、桌上型電腦、遊戲機、音響..等)(www.kson.com.tw)。

試驗環境有無風循環對於待測品試驗的差異性：
說明：待測品如不通電環境下，待測品本身不會發熱，其熱源只是吸收試驗爐內的空氣熱，而待測品如果有通電發熱時，其試驗爐內有風循環的話，會將待測品本身熱量帶走，風速每增加1米，其熱量就會減少10%左右。假設要模擬室內無空調環境下電子產品的溫度特性(www.kson.com.tw)，若使用烤箱或恆溫恆濕機模擬35℃，雖然試驗區透過電熱與冷凍可以控制環境在35℃內，但烤箱與恆溫恆濕機的風循環會將待測品的熱量帶走，使待測品實際上的溫度低於真正無風狀態下的溫度。所以必須使用無風速的自然對流試驗機才能有效的模擬實際無風環境(如：室內、無啟動時的汽車駕駛艙、儀器機箱、戶外防水盒..等環境) (www.kson.com.tw)。

待測品有無風循環的示意比較圖：

室內無風循環且有太陽輻射熱照射環境：
說明：透過自然對流試驗機，模擬客戶端實際使用的真實無強制空調對流環境下，產品的熱點分析與散熱特性評估，如照片中液晶電視不只是要考慮本身的散熱外(www.kson.com.tw)，還要評估窗外熱輻射對其的影響，熱輻射對於產品有可能會產生外加35℃以上的輻射熱升溫(www.kson.com.tw)。

風速與IC待測品週溫對照表：
說明：環境風速越快時，其IC表面溫度也會因風循環的關係將IC表面熱量帶走，造成風速越快其溫度也降的越低，(www.kson.com.tw)以下面圖片為例，當風速為0的時候咖啡色的線溫度是在100℃，但是當風速達到5m/s時，其IC的表面溫度已經低於80℃以下了。

自然對流恆溫環境下分析電路板的熱點改善：
說明：圖片左邊為未進行熱點改善的電路板，透過自然對流試驗機提供一個無風環境，與多軌溫度紀錄量測電路板各熱點的溫度，發覺因為熱空氣上升的關係(www.kson.com.tw)，LSI的IC被SSI所釋放出來的熱，積熱到50℃，以θ10℃法則來說，溫度越高產品的壽命越短，其可靠度也會降低很多，透過熱分析改善之後，將LSI的IC設計在電路板最底層，LSI的溫度降低很多，其壽命與可靠度也大幅提昇(www.kson.com.tw)。

無強迫空氣循環試驗
說明：依據IEC60068-2-2的規範要求，高溫試驗流程中，需進行無迫空氣循環的試驗條件，其試驗過程需維持在無風循環組件下，其在試驗爐內進行高溫測試，所以此試驗無法透過恆溫恆濕機或是烤箱來進行，需透過自然對流試驗機，方可模擬自由空氣條件(www.kson.com.tw)。

無強迫空氣循環試驗規範：IEC-60068-2-2、GB2423.2、GB2423.2-89 3.3.1
在IEC 60068-2-2-2007、GB2423.2的自然對流試驗要求流程圖：

　

免用電腦直接量測待測品多點溫度
說明：慶聲科技的自然對流試驗機，內建RS-232通訊介面與Agilent 34970A資料收集器的溫度控制程式，不需要透過電腦就可以在進行恆熱試驗時，(www.kson.com.tw)同時將待測品所量測到的各點溫度值紀錄在控制器的試驗曲線裡面，除了控制器可以直接觀看曲線之外，並可用隨身碟將曲線拷貝出來，在電腦上進行細部曲線分析(機台不包含Agilent 34970A資料收集器，需外購) (www.kson.com.tw)。