3. 温度应力基础与施加方式
温度应力试验的核心，不是简单地把产品放进温箱“烤一烤、冻一冻”，而是通过受控的温度场，让产品材料与结构经历可重复、可量化的热载荷。要理解温度应力，必须同时抓住五个参数：高温、低温、温度变化率、温度保持时间和温度均匀性。它们分别对应不同的失效机理，也直接决定温箱的选型与试验剖面设计。
一、温度对材料与结构的作用机理
高温对产品的作用主要体现在三个方面。第一是材料软化与强度下降：高分子材料、焊料、胶粘剂在接近玻璃化转变温度或熔点附近时，模量和强度显著降低，结构抵抗机械载荷的能力变弱。第二是热老化与氧化：长期高温会加速绝缘材料老化、接触件氧化、润滑剂挥发，导致接触电阻增大或机械卡滞。第三是热膨胀失配：不同材料的热膨胀系数（CTE）不同，温度升高时界面处产生剪切与拉伸应力，典型如芯片与基板、塑封体与引线框架之间的焊点、键合点。
低温的作用则相反但同样危险。低温使材料变脆，橡胶密封件失去弹性，塑料件抗冲击能力下降；同时，低温下焊料与金属的收缩差异会在焊点处形成拉应力，容易诱发裂纹。对于含润滑脂的机构，低温还会导致黏度上升、启动扭矩增大。
温度变化率（升降温速率）是温度应力中最容易被忽视却最关键的参数。它决定产品内部产生多大的温度梯度。升温或降温越快，产品表面与内部、不同材料层之间的温差越大，由此产生的热应力也越大。对于多层结构、大体积封装或带金属嵌件的塑料件，快速温变往往比极端高低温更容易造成焊点开裂、涂层起泡、密封失效。因此，温度变化率是筛选温度循环失效的主要加速因子。
温度保持时间的作用是让产品内部温度趋于均匀，使热应力充分释放并达到稳定状态。保持时间不足，产品内部尚未达到设定温度，试验就进入下一阶段，实际施加的应力低于预期，筛选效果下降；保持时间过长，则试验周期拉长、成本增加。工程上通常要求保持时间至少使产品最热点或最冷点达到设定温度的90%以上，具体由热容、导热路径和封装结构决定。
温度均匀性描述温箱工作空间内不同位置温度的一致程度。均匀性差会导致同一批产品中不同位置经历的实际温度不同，试验结果不可比，甚至出现部分产品过应力、部分产品欠应力。均匀性通常用空载或负载条件下各测点温度与设定值的最大偏差表示，是温箱选型的硬指标之一。
二、温度变化率与保持时间的工程取值
温度变化率通常用℃/min表示，分为线性升降温与非线性升降温。线性控制要求温箱在整个升降温过程中按设定速率匀速变化，对制冷与加热系统的调节能力要求较高；非线性控制则允许先快后慢，接近目标温度时自然趋缓。对于温度循环筛选，常用5℃/min、10℃/min、15℃/min等档位。以10℃/min为例，从-40℃升到+85℃需要12.5分钟，若保持时间各为15分钟，一个完整循环约55分钟。
保持时间的确定不能凭经验拍脑袋。一个实用的方法是先做热平衡测试：在产品内部关键位置布置热电偶，记录从进入温箱到内部温度达到设定值90%所需的时间，再在此基础上增加20%~30%的余量作为保持时间。例如某模块实测内部最热点达到85℃的90%（即76.5℃）需要18分钟，则保持时间可取22~24分钟。若产品热容大、导热路径长，保持时间可能长达30分钟以上。
三、温度均匀性与温箱选型要点
温度均匀性受温箱结构、风道设计、负载摆放和风速影响。选型时应关注以下要点：
- 温度范围：温箱标称范围应覆盖试验剖面中的T_min和T_max，并在两端各留10~15℃余量，避免长期在极限附近运行导致制冷系统或加热器寿命下降。
- 升降温速率：注意区分“空载速率”和“带载速率”。样本中标注的往往是空载最大速率，实际带载后速率会明显下降。选型时应按带载条件下的速率要求来匹配制冷量和加热功率。
- 均匀性指标：空载均匀性通常要求≤±2℃，带载均匀性根据产品发热量和摆放密度可能放宽到±3~5℃。若产品自身发热，还需考虑温箱的排热能力。
- 风速与风道：风速过高会加剧产品表面与内部的温差，对温度变化率敏感的产品应选择可调风速或低风速模式；风速过低则均匀性变差。一般要求风速在0.5~2 m/s范围内可调。
- 负载能力：包括样品重量、夹具重量和发热功率。温箱的制冷量必须能够抵消负载热容和发热量，否则降温段会变慢甚至无法达到T_min。
- 控制精度与传感器位置：控制传感器应靠近产品区域，避免仅以箱壁或出风口温度作为控制点，否则产品实际经历的温度与设定值偏差较大。
四、参数之间的耦合关系
五个参数并非独立。提高温度变化率会增大内部温度梯度，此时若保持时间不足，产品内部尚未热平衡就进入下一阶段，实际应力反而不可控；而延长保持时间可以缓解梯度影响，但会降低试验效率。均匀性差时，即使变化率和保持时间设置正确，不同位置的产品实际经历的温度剖面也不同，筛选结果失去可比性。因此，在制定温度应力剖面时，应把五个参数作为一个整体来权衡：先确定T_min和T_max，再根据失效机理选择变化率，然后通过热平衡测试确定保持时间，最后用均匀性验证确认温箱和负载摆放满足要求。
以某电源模块的温度循环筛选为例：T_min=-40℃，T_max=+85℃，变化率10℃/min，保持时间20分钟，循环次数50次。若温箱带载均匀性为±3℃，则实际温度范围可能变为-43~+88℃，对余量不足的器件可能造成过应力。此时应降低负载密度或调整风速，将均匀性控制在±2℃以内，再开始正式试验。这个例子说明，温箱选型不是只看温度范围，而是要把均匀性、带载速率和负载能力一起纳入评估。