اختبار "مزدوج 85": كيف تحاكي غرف درجة الحرارة والرطوبة الثابتة الظروف القاسية لتعزيز موثوقية المنتج

  في التصنيع الصناعي، وخاصة في قطاعات مثل الإلكترونيات والسيارات والخلايا الكهروضوئية والمواد الجديدة، غالبًا ما يُسمع مصطلح متخصص - "اختبار مزدوج 85". هذا الاختبار، الذي قد يبدو غامضًا بعض الشيء، هو جزء لا غنى عنه من التحقق من جودة المنتج وموثوقيته الحديثة. المعدات الأساسية المكلفة بتنفيذ هذا الإجراء الحاسم هي غرفة درجة الحرارة والرطوبة الثابتة. تقدم هذه المقالة نظرة تفصيلية على ما يتضمنه اختبار "مزدوج 85"، والمعايير التي يتوافق معها، وكيف تحقق هذه الغرف هذه التحديات البيئية القاسية. تتوافق مؤشرات الاختبار مع المعايير الدولية مثل IEC61215 و IEC61646، بالإضافة إلى المواصفات المحلية مثل GB/T19394.

ما هو اختبار "مزدوج 85"؟ - التعريف والجوهر

"مزدوج 85" هو مصطلح شائع في الصناعة يصف بدقة مجموعة محددة من ظروف درجة الحرارة والرطوبة:

الأول "85": يشير إلى درجة حرارة +85 درجة مئوية.

الثاني "85": يشير إلى رطوبة نسبية تبلغ 85% رطوبة نسبية.

وبالتالي، يتضمن "اختبار مزدوج 85" عادةً وضع عينات الاختبار داخل غرفة درجة الحرارة والرطوبة الثابتة والحفاظ على البيئة عند درجة حرارة +85 درجة مئوية ثابتة ورطوبة نسبية 85% لفترة طويلة لإجراء تقييمات الشيخوخة أو المتانة أو الموثوقية.

فهم أعمق:
اختبار "مزدوج 85" ليس مجرد مزيج بسيط من رقمين. إنه يحاكي بيئات درجة الحرارة والرطوبة العالية القصوى الموجودة عادةً في الصيف في العديد من مناطق العالم (مثل المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية). هذه البيئة عدوانية للغاية وتعمل كمحفز قوي للمنتجات، وخاصة المكونات الإلكترونية والكهربائية، مما يعرض بسرعة العيوب المحتملة.

لماذا 85 درجة مئوية وليس 95 درجة مئوية أو 60 درجة مئوية؟

  اختبار مزدوج 85 هو معيار تم وضعه من قبل مهندسي اختبار الموثوقية لتسريع عملية اختبار دورة حياة المنتج. في سيناريوهات العالم الحقيقي، من النادر مواجهة ظروف درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة 85%. لذلك، لا يهدف اختبار مزدوج 85 إلى تكرار بيئات الاستخدام الفعلية، بل إلى محاكاة موثوقية المنتج في ظل ظروف قاسية.

في حين أن مستويات درجة الحرارة والرطوبة الأعلى قد تشبه عن كثب بعض بيئات العالم الحقيقي، فلماذا لا تختار ظروف اختبار أكثر قسوة؟ يكمن السبب في التحليل الإحصائي، والذي يوضح أن حالات الفشل التي تحدث في ظل ظروف الاختبار القاسية هذه غالبًا لا تعكس المشكلات التي قد تنشأ أثناء الاستخدام الفعلي للمنتج. بدلاً من ذلك، غالبًا ما تكون ناجمة عن الإجهاد المفرط الذي تفرضه ظروف الاختبار نفسها. من خلال الخبرة العملية المتراكمة، تم الاعتراف بطريقة اختبار مزدوج 85 على أنها أكثر توافقًا مع سيناريوهات العالم الحقيقي. إنها تلبي بشكل فعال الحاجة إلى تقييم موثوقية المنتج في ظل ظروف قاسية، مما يجعلها نهج اختبار مثالي ومعقول.

لماذا يتم إجراء اختبار "مزدوج 85"؟ - الغرض والأهمية

  الغرض الأساسي من اختبار "مزدوج 85" هو اختبار الإجهاد المتسارع. يمكن أن تظهر المشكلات التي قد يستغرق ظهورها سنوات في ظل الظروف البيئية الطبيعية في غضون مئات الساعات أو حتى عشرات الساعات فقط في ظل ظروف "مزدوج 85" الصارمة. تشمل أهداف التقييم الرئيسية ما يلي:

  تقييم تحمل المواد: التحقق مما إذا كانت المواد غير المعدنية مثل البلاستيك والمطاط والطلاء والمواد اللاصقة ستتشوه أو تتغير لونها أو تتقدم في العمر أو تتحلل في ظل درجات الحرارة والرطوبة العالية.

  فحص موثوقية المكونات: اختبار ما إذا كانت المكونات الإلكترونية مثل الدوائر المتكاملة و PCB والمكثفات والمقاومات يمكن أن تعمل بثبات في ظل الظروف القاسية، مما يمنع التآكل الداخلي أو هجرة الأيونات أو الدوائر المفتوحة أو الدوائر القصيرة الناتجة عن الرطوبة والحرارة.

  التحقق من استقرار المنتج العام: تقييم ما إذا كان أداء الإغلاق والخصائص الميكانيكية والأداء الكهربائي للمنتج النهائي (مثل الهواتف المحمولة ووحدات التحكم في السيارات والعاكسات الشمسية والبطاريات) يفي بالمعايير.

  اختبار العمر المتسارع: من خلال تطبيق إجهاد يتجاوز بكثير ظروف الاستخدام العادية، وتقدير عمر خدمة المنتج ومعدل الفشل بسرعة، وتوفير دعم البيانات لتحسينات التصميم ومراقبة الجودة.

  بعبارات بسيطة، يوضح المنتج الذي يجتاز اختبار "مزدوج 85" إمكاناته للتشغيل المستقر على المدى الطويل في البيئات القاسية، مما يشير إلى موثوقية أعلى وجودة أكثر جدارة بالثقة.

الـغرفة درجة الحرارة والرطوبة الثابتة: المعدات الرئيسية لـ "مزدوج 85"

  يجب أن تمتلك غرفة درجة الحرارة والرطوبة الثابتة القادرة على إجراء اختبار "مزدوج 85" الأنظمة والخصائص الرئيسية التالية لتلبية متطلبات الدقة للمعايير المذكورة أعلاه:

  نظام التسخين: يستخدم عناصر تسخين عالية الجودة لرفع درجة حرارة الغرفة بسرعة وبشكل موحد إلى 85 درجة مئوية.

  نظام التبريد: ضروري لمرحلة التبريد وللتحكم في الرطوبة (عن طريق إزالة الرطوبة)، على الرغم من أن الاختبار يتطلب درجة حرارة عالية. يستخدم عادةً تبريد الضغط الميكانيكي.

  نظام الترطيب: جوهر تحقيق رطوبة عالية تبلغ 85% رطوبة نسبية. يستخدم عادةً غلاية لإنتاج بخار نقي أو طريقة تبخر حوض الماء لحقن البخار بدقة في الغرفة.

  نظام التحكم: يعمل متحكم المعالج الدقيق المتقدم بمثابة "العقل"، مما يسمح بضبط قيم درجة الحرارة والرطوبة وصيانتها بدقة، مع المراقبة في الوقت الفعلي لضمان بقاء التقلبات ضمن التسامح (على سبيل المثال، درجة الحرارة ±0.5 درجة مئوية، الرطوبة ±2% رطوبة نسبية).

  المستشعرات: توفر مستشعرات درجة الحرارة PT100 عالية الدقة ومستشعرات الرطوبة السعوية بيانات في الوقت الفعلي لنظام التحكم للتحكم في الحلقة المغلقة.

  بناء الغرفة: عادةً ما يكون الجزء الداخلي مصنوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ المقاوم للتآكل وسهل التنظيف. يتميز بعزل وإحكام ممتازين لضمان بيئة داخلية مستقرة دون فقدان الطاقة.

إجراء اختبار "مزدوج 85" النموذجي

  يتبع اختبار "مزدوج 85" القياسي عادةً هذه الخطوات (باستخدام JESD22-A101 كمثال):

  إعداد العينة والاختبار الأولي: قم بإجراء فحص بصري واختبارات الأداء الكهربائي على العينات، وتسجيل بيانات خط الأساس.

  إعداد المعلمات: اضبط بدقة درجة الحرارة المستهدفة (+85 درجة مئوية)، والرطوبة المستهدفة (85% رطوبة نسبية)، والمدة (على سبيل المثال، 1000 ساعة)، وقم بتوصيل مصدر التحيز وفقًا للمعيار الموجود على وحدة التحكم.

  بدء التشغيل: تبدأ المعدات التشغيل، والتسخين والترطيب وفقًا للبرنامج المحدد مسبقًا. يتم التحكم في درجة الحرارة والرطوبة بدقة ضمن القيم المحددة (على سبيل المثال، درجة الحرارة ±0.5 درجة مئوية، الرطوبة ±2% رطوبة نسبية).

  التشغيل والمراقبة المستمران: تحافظ الغرفة على ظروف "مزدوج 85" وجهد التحيز للفترة المحددة بأكملها، بينما تتم مراقبة حالة المعدات.

  الاسترداد: بعد الاختبار، يتم تثبيت العينات لفترة محددة (على سبيل المثال، 24 ساعة) في ظل ظروف استرداد درجة الحرارة/الرطوبة القياسية في الغرفة.

  الفحص والتقييم النهائيان: قم بإجراء عمليات فحص نهائية شاملة على العينات. قارن النتائج ببيانات ما قبل الاختبار وحدد النجاح/الفشل بناءً على معايير الفشل المحددة في المعيار (على سبيل المثال، ما إذا كان انحراف المعلمة يتجاوز الحدود، أو الفشل الوظيفي).

درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85%. تعمل بيئة الاختبار الصارمة هذه على تسريع شيخوخة المواد وتكشف عن العيوب المحتملة، وبالتالي تلعب دورًا حاسمًا في مراقبة الجودة عبر صناعات متعددة. توضح الأقسام التالية المنتجات والمواد النموذجية التي تتطلب اختبار مزدوج 85 وتحلل ضرورة مثل هذا الاختبار.

المنتجات الإلكترونية والكهربائية

  المكونات الإلكترونية ولوحات الدوائر والأجهزة النهائية هي الموضوعات الأساسية لاختبار مزدوج 85. المكونات مثل الدوائر المتكاملة (IC) والمقاومات والمكثفات والمحاثات عرضة لمشكلات مثل هجرة المعادن وانخفاض أداء العزل في ظل الرطوبة ودرجة الحرارة العالية. على سبيل المثال، إذا أظهرت اللوحة الأم للهاتف الذكي أكسدة وصلة اللحام أو قصر الدائرة بعد اختبار مزدوج 85 لمدة 500 ساعة، فستكون هناك حاجة إلى تحسينات في عمليات التعبئة والتغليف. يعتمد اختبار التدهور المحتمل (PID) لوحدات الخلايا الكهروضوئية (الألواح الشمسية) أيضًا على ظروف مزدوج 85، حيث تسرع الرطوبة هجرة الأيونات بين الزجاج وفيلم EVA، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة توليد الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب مصادر طاقة محرك LED ووحدات التحكم الإلكترونية في السيارات (ECU) هذا الاختبار للتحقق من موثوقيتها في المناخات الاستوائية أو البيئات ذات درجة الحرارة العالية مثل حجرات المحرك.

مواد البوليمر والطلاء

  تقييم مقاومة الطقس للمواد غير المعدنية مثل البلاستيك والمطاط والمواد اللاصقة لا ينفصل عن اختبار مزدوج 85.      تشمل الأمثلة:

- البلاستيك الهندسي: يميل PA66 (النايلون) إلى امتصاص الرطوبة والتحلل في البيئات الرطبة والحرارة، مما يؤدي إلى انخفاض القوة الميكانيكية. تتطلب مكونات مثل مشعبات السحب في السيارات اختبار مقاومة التحلل المائي.

- مواد الإغلاق: عند استخدام حشيات مطاط السيليكون لإغلاق حواف الوحدات الكهروضوئية، يمكن لاختبار مزدوج 85 محاكاة 25 عامًا من الشيخوخة في الهواء الطلق. إذا حدث تشقق، فمن الضروري إجراء تعديلات على التركيبة.

- الطلاء والطلاء: يتم استخدام الاختبار على طلاء الطلاء الكهربائي للسيارات وطلاء الأشعة فوق البنفسجية على أغلفة الأجهزة للتحقق من ظهور البثور أو التقشر. على سبيل المثال، تم تتبع التشقق الذي لوحظ في طلاء لوحة مكيف الهواء لعلامة تجارية بعد 240 ساعة من الاختبار إلى عملية معالجة غير كافية.

الطاقة الجديدة ومعدات تخزين الطاقة

  المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم، مثل المصاعد والكاثودات والفواصل والإلكتروليتات، شديدة الحساسية للرطوبة. يمكن لاختبار مزدوج 85 تسريع تحلل الإلكتروليت، مما يساعد على اكتشاف إنتاج الغاز الذي قد يتسبب في انتفاخ البطارية. في إحدى الحالات، تعرضت خلية بطارية 18650 لدائرة قصر داخلية بسبب انكماش الفاصل أثناء الاختبار، مما دفع الشركة المصنعة إلى التحول إلى فاصل مطلي بالسيراميك. يتطلب الطلاء الموجود على الألواح ثنائية القطب لخلايا وقود الهيدروجين أيضًا هذا الاختبار للتحقق من مقاومة التآكل، حيث تؤدي الرطوبة إلى تفاقم التآكل الكهروكيميائي للألواح المعدنية.

المكونات الهامة في صناعة السيارات

  بالإضافة إلى إلكترونيات السيارات المذكورة سابقًا، تتطلب المكونات التالية أيضًا الاختبار:

- أسلاك التوصيل والموصلات: قد يصبح عزل PVC هشًا في ظروف الرطوبة والحرارة، ويمكن أن يؤدي أكسدة طلاء الأطراف إلى ضعف التلامس. على سبيل المثال، تتطلب مجموعة فولكس فاجن أن تتحمل أسلاك التوصيل 1000 ساعة في ظل ظروف مزدوج 85 دون فشل.

- المواد الداخلية: أثناء اختبارات الشيخوخة الرطبة والحرارة لرغوة البولي يوريثين للمقاعد، إذا تجاوزت انبعاثات الفورمالديهايد المعايير، فيجب استخدام إضافات منخفضة التقلب.

- منتجات المطاط: إذا أظهرت شفرات ممسحة الزجاج الأمامي تصلبًا أو تشققًا بعد الاختبار، فستكون هناك حاجة إلى تعديلات على نظام الفلكنة.

المنتجات العسكرية والفضاء

  يجب أن تتحمل المعدات المحمولة جواً ومكونات الأقمار الصناعية البيئات القاسية. على سبيل المثال، كشف اختبار مزدوج 85 على وحدة إلكترونيات الطيران لطائرة مقاتلة عن مشكلات في التشقق في مركب صب راتنجات الإيبوكسي، مما أدى إلى التحول إلى مادة البولي يوريثين. يتم فحص الخلايا الشمسية السيليكونية للألواح الشمسية الفضائية باستخدام هذا الاختبار لتحديد النماذج المقاومة لـ PID.

المواد الطبية والتعبئة والتغليف

- البلاستيك الطبي: إذا انخفضت شفافية مادة PP المستخدمة في الحقن بعد الاختبار، فقد يؤثر ذلك على تقييم استقرار الأدوية.

- التعبئة والتغليف الدوائي: تكون بثور الألومنيوم والبلاستيك عرضة للتقشر في البيئات الرطبة والحرارة، مما يتطلب التحقق من أداء المادة اللاصقة.

- تعبئة التعقيم: يجب أن تحافظ المواد مثل Tyvek على وظيفة الحاجز الميكروبي الخاص بها بعد إخضاعها للاختبار.

معايير الاختبار ولوائح الصناعة

تلتزم المجالات المختلفة بمعايير محددة:

- صناعة الإلكترونيات: IEC 60068-2-66 (اختبار HALT)، JESD22-A101 (اختبار عمر التحيز في درجة الحرارة والرطوبة الثابتة)

- صناعة الخلايا الكهروضوئية: IEC 61215 (اختبار دورة الرطوبة الحرارية)، UL 1703

- صناعة السيارات: ISO 16750-4، فولكس فاجن PV1210

- المعايير العسكرية: GJB 150.9A-2009 (اختبار الرطوبة الحرارية للمعدات العسكرية)

الخلاصة

يمثل اختبار "مزدوج 85"، بمجموعته البسيطة ظاهريًا من الأرقام، السعي لتحقيق جودة المنتج، مدعومًا بنظام صارم من المعايير الدولية والوطنية. تحاكي غرفة درجة الحرارة والرطوبة الثابتة، كأداة تمكن من تحقيق هذا الهدف، البيئات القاسية. إنها تعمل مثل "فاحص جودة" صارم، يتبع "منهجًا" محددًا (المعايير المختلفة) للكشف عن نقاط ضعف المنتج بشكل استباقي. إنها فلسفة "بناء الإجراءات على المعايير والاستعداد للأيام الممطرة" التي تضمن أن المنتجات التي تصل إلى المستهلكين النهائيين يمكنها تحمل اختبارات الزمن والبيئة، كونها أكثر أمانًا وموثوقية ومتانة.