【每日一问】老化测试有什么作用？

一、老化测试重要性

1. 高应力环境：电力电子器件（IGBT， MOSFET， 二极管等）承受着高电压、大电流和由此产生的高热耗散，是故障高发点。
2. 系统安全关键：一旦失效，可能导致设备停机、生产线中断，甚至引发火灾或安全事故。
3. 成本高昂：电力电子产品的维修和更换成本远高于普通消费电子。
4. 客户要求严苛：工业、新能源、轨道交通等领域的客户对产品的平均无故障时间有极高要求。

二、老化测试的核心目标

1. 筛选早期失效：剔除存在制造缺陷（如虚焊、元器件参数漂移、绝缘不良等）的产品。
2. 稳定产品性能：使元器件（如电解电容）经过初始期的电应力后进入稳定的工作状态。
3. 验证热设计和结构可靠性：暴露因散热设计不佳、热膨胀不匹配等导致的热疲劳、开裂、松动问题。
4. 检验保护功能：在极端条件下验证过流、过压、过温、短路等保护电路的有效性和一致性。

三、测试方法与内容（关键环节）

电力电子产品的老化测试通常是 “带电”、“带载”、“在特定环境下的”综合测试。

1. 高温带载老化测试（最核心、最普遍的测试）

（1）方法：将产品置于高温老化房/温箱中，接通输入电源，并连接电子负载或模拟负载（如电机、电阻箱），让产品在额定功率或接近额定功率的条件下连续工作。
（2）测试条件：
· 温度：通常为产品规格书规定的最高环境温度或稍高一些（如55℃~65℃，甚至更高）。
· 时间：通常为48~168小时（2~7天），对于要求极高的产品，时间会更长。
· 负载：可以是恒功率负载，也可以是动态负载（模拟真实工况的功率变化）。
· 监测项：
· 关键点温度：使用热电偶或热成像仪监测IGBT、二极管、磁性元件（电感、变压器）、电解电容等热点温度。
· 波形与参数：监测输出电压/电流的波形、纹波、THD（总谐波失真）是否正常。
· 功能状态：记录产品是否出现异常报警、重启或故障。

2. 温度循环与热冲击测试

（1）目的：考核产品因热胀冷缩产生的机械应力，暴露焊点疲劳、封装开裂、材料不匹配等问题。
（2）方法：在高低温箱内进行循环测试，例如 -40℃ ~ +85℃，循环数百次。热冲击测试的温变速率更快。

3. 高温高湿测试（双85测试）

（1）目的：主要考核产品的防潮能力和绝缘性能。
（2）方法：在温度85℃、相对湿度85% 的环境中，对产品进行带电或不通电的测试。
（3）重点监测：
· 绝缘电阻：是否下降。
· 耐压测试：是否发生击穿。
· 金属部件：是否有腐蚀迹象。
· PCB：是否有铜箔腐蚀或绝缘层劣化。

4. 功率循环测试

这是针对电力电子器件本身（如IGBT模块）的极其重要的测试。

（1）目的：模拟真实工作中开关器件的发热和冷却循环，考核其键合线、焊料层、基板等的寿命。
（2）方法：对器件施加脉冲电流，使其结温在Tj_max和Tj_min之间循环成千上万次。
（3）失效模式：键合线脱落、焊料层老化、热阻增大等。

5. 振动与机械应力测试

目的：模拟运输和使用过程中的振动环境，检验PCB上重型元件（如大电解电容、电抗器）的焊接牢固度，以及连接器的接触可靠性。