Yüksek ve Düşük Sıcaklıkta Termal Şok Odası Kullanarak Otomotiv Elektronik Sistemlerinin Güvenilirliğinin Doğrulanması (ISO 16750-4)

Özet
Otomotiv elektronik cihazları karmaşık doğal iklim ortamlarında çalışır. Araçlardaki gündüz ve gece değişimleri ile mevsimsel değişiklikler, ani ve şiddetli sıcaklık değişimlerine neden olabilir. Farklı malzemelerin termal genleşme katsayılarındaki farklılıklar, lehim bağlantılarında çatlama, sızdırmazlık arızası ve elektriksel performansta sapma gibi arızalara yol açabilir. Karayolu araçları için elektrikli ve elektronik ekipmanların iklimsel yük testleri için önemli bir uluslararası standart olan ISO 16750-4, aşırı sıcaklık farkı koşulları altında araç içi elektronik bileşenlerin çalışma güvenilirliğini değerlendirmek için termal şok ve hızlı sıcaklık değişimi test gereksinimlerini açıkça belirtir. Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, bu tür testler için temel çevresel simülasyon ekipmanıdır. LISUN HLST-500D Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, HLST serisinin iki bölgeli modeline aittir. -50℃~150℃ geniş sıcaklık aralığında anlık sıcaklık değişimini gerçekleştirebilir ve sepetli taşıma mekanizması vasıtasıyla gerçek araç servisinde oluşan aşırı hızlı sıcaklık farkı ortamını taklit edebilir. Bu makale, ISO 16750-4 test maddeleriyle birlikte, Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odasının ekipman prensibini, donanım performansını ve test uygulama sürecini açıklamaktadır ve otomotiv MCU'larının, araç içi ekranların, lamba düzeneklerinin, PCB devre kartlarının ve diğer bileşenlerin güvenilirlik doğrulamasında pratik uygulamasını analiz etmektedir. Otomotiv elektroniği Ar-Ge ve kalite kontrol laboratuvarlarının standartlaştırılmış termal şok testlerini gerçekleştirmeleri için referans sağlamaktadır. 

Giriş

Otomotiv zekası ve elektrifikasyonun sürekli ilerlemesiyle birlikte, komple araçlarda bulunan elektronik bileşenlerin sayısı da sürekli artmaktadır. MCU kontrol çipleri, araç içi ekranlar, batarya yönetim modülleri, lamba sürücü üniteleri ve diğer elektronik parçalar kabin, motor bölmesi ve şasi gibi farklı alanlara yerleştirilmekte ve şiddetli termal şok koşullarına maruz kalmaktadır. Araçlar kışın dışarıda park edildiğinde, bileşen sıcaklığı -40℃'ye veya daha da düşük seviyelere düşebilir. Araç çalıştırıldıktan sonra, motordan gelen ısı ve doğrudan güneş ışığı, bileşen sıcaklığını hızla 85℃'nin üzerine çıkararak kısa sürede büyük bir sıcaklık farkı yaratabilir. Çeşitli malzemeler arasındaki uyumsuz termal genleşme katsayıları, tekrarlanan termal genleşme ve büzülmeden kaynaklanan birikmiş iç gerilime yol açarak, PCB lehim bağlantılarında mikro çatlaklar, gövde contalarında çatlama ve bileşen parametrelerinde sapma gibi gizli kusurlara neden olur. Bu tür kusurlar, geleneksel yüksek-düşük sıcaklık döngü testlerinde ortaya çıkmayabilir ve yalnızca ani yüksek ve düşük sıcaklık geçişiyle yapılan termal şok testleriyle etkili bir şekilde uyarılabilir.

Uçak içi elektronik aksamların iklimsel yükleri için ISO 16750-4 standardı, sabit sıcaklık testi, sıcaklık kademesi testi, sıcaklık döngüsü testi ve termal şok testi dahil olmak üzere birçok test maddesi belirtir. Bunlar arasında termal şok testi, numunelerin hızlı sıcaklık değişimine karşı toleransını değerlendirir ve ekipman sıcaklık değişim süresi, sıcaklık geri kazanım süresi ve boşluk sıcaklığı homojenliği konusunda katı kısıtlamalar getirir. Sıradan yüksek ve düşük sıcaklık odaları, sınırlı ısıtma ve soğutma hızlarına sahiptir ve yüksek ve düşük sıcaklık ortamları arasında yüksek hızlı geçiş sağlayamaz, bu nedenle standartta belirtilen termal şok testi koşullarını karşılayamaz. Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası Anlık sıcaklık değişim koşulları için özel olarak geliştirilen bu cihaz, iki yapısal tipe ayrılır: iki bölgeli model (Tip D) ve üç bölgeli model (Tip T). İki bölgeli model, numuneleri yüksek sıcaklık bölgesi ile düşük sıcaklık bölgesi arasında hızla hareket ettirmek için bir numune sepeti kullanır; üç bölgeli model ise numuneleri test bölgesinde sabit tutar ve sıcak ve soğuk hava akışını değiştirerek şok etkileri elde eder. Her iki yapı da kısa sürede aşırı sıcaklık değişimini gerçekleştirebilir ve ISO 16750-4'ün termal şok testi gereksinimlerini karşılar. LISUN HLST serisi Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, ithal kompresör tertibatları ve akıllı dokunmatik kontrol sistemi ile donatılmış olup, eksiksiz bir güvenlik koruma mekanizması setine sahiptir. Hem laboratuvarlarda küçük parti numunelerinin Ar-Ge taraması hem de üretim hatlarında seri üretilen bileşenlerin güvenilirlik doğrulaması için kullanılabilir ve otomotiv elektroniği, havacılık, yarı iletken bileşenleri ve diğer sektörlerdeki uygunluk sertifikasyon testlerinde yaygın olarak uygulanmaktadır.

HLST-500D-C_Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası

Yüksek ve Düşük Sıcaklıkta Termal Şok Odası için ISO 16750-4'ün Ekipman Gereksinimleri

ISO 16750-4'teki termal şok testiyle ilgili maddelere göre, otomotiv elektronik numuneleri, belirtilen yüksek ve düşük sıcaklık uç noktalarına dönüşümlü olarak maruz bırakılmalıdır. Numunelerin bir sıcaklık uç noktasından diğerine geçiş süresi kesinlikle kontrol edilmelidir. Numuneler hedef odaya girdikten sonra, belirtilen toparlanma süresi içinde hedef test sıcaklığına ulaşmalıdır. Aşırı uzun geçiş süresi, numuneleri yavaş sıcaklık değişimine maruz bırakacak ve gerçek senaryolardaki termal şok stresini simüle edemeyecektir. Niteliksiz sıcaklık toparlanma süresi veya boşluk içindeki zayıf sıcaklık homojenliği, aynı partideki farklı numunelerde tutarsız termal strese yol açarak test sonuçlarının karşılaştırılamaz hale gelmesine neden olacaktır.

Standart ayrıca, daha sonraki raporlarda izlenebilirlik için test boyunca sıcaklık eğrilerinin eksiksiz olarak kaydedilmesini gerektirir. Bu nedenle, Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, yüksek/düşük sıcaklık bekleme süresinin ve termal şok döngülerinin serbestçe ayarlanmasına olanak tanıyan ve sıcaklık verilerinin depolanmasını ve dışa aktarılmasını destekleyen programlanabilir işlevlere sahip olmalıdır. Motor bölmelerine ve şasiye monte edilen araç içi bileşenler için yaygın olarak kullanılan şok sıcaklık aralığı -40℃~125℃'dir; kabin içindeki bileşenler için şok doğrulaması genellikle -20℃~85℃ aralığında yapılır. Test sırasında, numuneler odanın hava kanalına temas etmemeli ve yerleştirme pozisyonu, anormal yerel sıcaklığı önlemek için yeterli hava akışı sirkülasyonu sağlamalıdır. Geleneksel çevre test ekipmanları, ikinci seviye transfer, hızlı sıcaklık geri kazanımı ve uzun süreli sürekli döngüsel çalışma dahil olmak üzere birden fazla gereksinimi karşılamakta zorlanmaktadır. Buna karşılık, HLST serisi Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, iki bölgeli modellerde ≤10 saniye sıcaklık dönüşüm süresi ve ≤5 dakika sıcaklık geri kazanım süresi ile ≤±0.5℃ sıcaklık dalgalanması ve ≤2℃ sıcaklık homojenliği özelliklerine sahiptir. Donanım göstergeleri, ISO 16750-4'te belirtilen termal şok testlerinin ekipman kısıtlamalarını karşılayabilir.

Donanım Mimarisi ve Performans Parametreleri HLST-500D Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası

MKS HLST-500D Bu, iki bölgeli (D Tipi) Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odasıdır. Cihaz, birbirinden bağımsız yüksek sıcaklık odası ve düşük sıcaklık odası ile otomatik hareket eden bir numune sepetine sahiptir. Test sırasında numuneler sepetin içine sabitlenir. Otomatik sepet taşıma mekanizması, test edilen numuneleri önceden ısıtılmış yüksek sıcaklık odasına veya önceden soğutulmuş düşük sıcaklık odasına hızla gönderir, böylece numuneler termal şoku tamamlamak için doğrudan aşırı sıcaklık ortamlarına maruz kalır. Soğutma sistemi, düşük sıcaklık odasının -50℃'lik düşük sıcaklık koşulunu istikrarlı bir şekilde koruyabilmesini sağlamak için Fransa TECUMSEH veya Almanya Bitzer'den hermetik kademeli kompresörler kullanır. Isıtma ünitesi, yüksek ısıtma verimliliğine ve kararlı sıcaklık çıkışına sahip bağımsız nikel krom elektrikli ısıtıcılar kullanır. Dış kabin kabuğu, fosfat elektrostatik püskürtme ile işlenmiş yüksek kaliteli karbon çelikten yapılmıştır. İç boşluk, termal yaşlanmaya dayanıklı ve temizlenmesi kolay SUS304 paslanmaz çelik levhadan yapılmıştır. Isı yalıtım katmanı, sert poliüretan köpük ve ince cam elyaf pamuğun birleşiminden oluşur; bu da sıcak ve soğuk bölmeler arasındaki ısı alışverişini azaltır ve ekipmanın enerji tüketimini düşürür.

Kontrol sistemi, 0.1℃ sıcaklık görüntüleme çözünürlüğüne sahip, kendi geliştirdiği renkli sıvı kristal dokunmatik ekranı kullanmaktadır. Test süresi 0.1~999.9 saat/ay/saniye aralığında serbestçe ayarlanabilir. Güçlü elektromanyetik girişime karşı koruma ve yüksek sıcaklık algılama doğruluğuna sahip PT100Ω/MV platin dirençli sıcaklık sensörleri ile donatılmıştır. Cihaz, sızıntı, kısa devre, ısıtıcı aşırı ısınması, motor aşırı ısınması ve kompresör aşırı basıncı ve aşırı akımına karşı çoklu korumalar entegre eder. Uzun süreli, gözetimsiz döngüsel testler sırasında ekipman ve numune güvenliğini garanti altına almak için anormal çalışma koşullarında otomatik olarak alarm verir. Aşağıdaki tabloda, ana modellerin temel özellikleri listelenmiştir. LISUN HLST serisi Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası. HLST-500D Geniş çalışma haznesi hacmine sahip olup, araç içi modüller, ekranlar ve lamba tertibatları gibi orta ölçekli otomotiv elektronik parçalarının toplu termal şok testleri için uygundur.

ISO 16750-4 Termal Şok Testinin Uygulama Noktaları: Yüksek ve Düşük Sıcaklıkta Termal Şok Odası

Otomotiv elektroniği için resmi termal şok testinden önce, Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odasının ön doğrulaması tamamlanmalıdır. Ekipmanın kurulum ortamı, 5℃-30℃ ortam sıcaklığında, %85 RH'den yüksek olmayan bağıl nemde, iyi havalandırmalı ve ısı dağıtım alanı ayrılmış şekilde kontrol edilmelidir; böylece yetersiz ısı dağıtımından kaynaklanan soğutma ve ısıtma performansındaki azalma önlenmelidir. Ekipmanın yüksek ve düşük sıcaklık odalarının normalde ayarlanan aşırı sıcaklıklara ulaşabildiğini doğrulamak için yüksüz doğrulama yapılmalı, sıcaklık dönüşüm süresi ve sıcaklık geri kazanım süresinin standart limitleri karşıladığı kontrol edilmeli ve dokunmatik ekran program düzenleme, veri kaydı ve alarm koruma fonksiyonlarının normal çalıştığı doğrulanmalıdır. Test örnekleri, görünüm ve elektriksel performans açısından ilk incelemeden geçirilmeli ve örneklerin ilk fonksiyonel parametreleri kaydedilmelidir. Örnekler, aralarında boşluk bırakılarak sepetin örnek rafına yerleştirilmelidir. Hava kanalları, hava akışı sirkülasyonunun engellenmesinden kaynaklanan yerel sıcaklık sapmasını önlemek için tıkanmamalıdır.

ISO 16750-4 gerekliliklerine uygun olarak ekipman test programını yazın; yüksek sıcaklık şok sıcaklığını, düşük sıcaklık şok sıcaklığını, yüksek ve düşük sıcaklık bekleme süresini ve toplam çevrim sayısını ayarlayın. Bekleme süresi, numune gövdesinin yalnızca hazne içindeki hava sıcaklığına değil, ayarlanan sıcaklığa tamamen ulaşmasını sağlamalıdır. Çevrim sayısı, bileşen montaj pozisyonuna ve komple araç spesifikasyon gerekliliklerine göre belirlenir ve genellikle 50 ila 300 çevrim arasında değişir. Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Haznesinin otomatik çalışmasını başlatın. Ekipman, yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık haznelerinin ön ısıtmasını ve ön soğutmasını otomatik olarak tamamlayacaktır. Daha sonra, sepet ileri geri hareket ederek numuneleri dönüşümlü olarak yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık şokuna maruz bırakacak ve işlem boyunca haznenin geçmiş sıcaklık verilerini sürekli olarak kaydedecektir. Belirli sayıda döngü tamamlandıktan sonra, test askıya alınabilir ve güç açma fonksiyonu incelemesi için numuneler alınabilir; gövde çatlaması, su sızıntısı, iletişim anormalliği ve parametre kayması gibi arızalar gözlemlenebilir ve tüm döngüler tamamlandıktan sonra performans hakkında eksiksiz bir değerlendirme yapılabilir.

Bu Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, termal şok testlerine ek olarak, GJB 150.5A-2009, MIL-STD-883H ve IEC 60068-2-14 gibi yerli ve uluslararası termal şokla ilgili standartlara da uygundur. Otomotiv elektroniğinin yanı sıra, havacılık bileşenlerinin, yarı iletken çiplerin, optoelektronik bileşenlerin ve polimer malzemelerin güvenilirlik doğrulaması için de kullanılabilir. Farklı boyutlardaki test edilen nesneler için, ihtiyaca göre iki bölgeli ve üç bölgeli modeller seçilebilir. İki bölgeli modeller küçük boyutlu numuneler için tercih edilirken, üç bölgeli modeller hareket ettirilmesi uygun olmayan bazı büyük numuneler için kullanılabilir; bu modellerde numuneler sabit kalır ve termal şok, sıcak ve soğuk hava akışının değiştirilmesiyle gerçekleştirilir.

Ekipman Çalıştırma ve Uzun Süreli Bakım Notları

Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, yoğun döngüsel şok testleri çalıştırırken, ekipman bakımı test sonuçlarının geçerliliğini doğrudan etkileyecektir. Soğutma sisteminin ısı değişim verimliliğini garanti altına almak için kompresörün kondenser ısı dağıtım tertibatını düzenli olarak kontrol edin ve yüzey tozunu zamanında temizleyin. Numune transferi sırasında aşırı transfer süresine neden olan sıkışmayı önlemek ve sorunsuz iletimi sağlamak için sepet iletim mekanizmasını (iki bölgeli modeller) düzenli olarak kontrol edin. Kapı sızdırmazlık şeritlerini inceleyerek eskime ve hava kaçağı olmadığından emin olun ve sıcak ve soğuk odalar arasında sıcaklık çapraz kaçağını önleyin. Ekipmanın dahili güvenlik koruma fonksiyonları manuel olarak devre dışı bırakılmamalıdır. Kompresör aşırı basınç veya aşırı ısınma alarmı durumunda, testlere devam etmeden önce sorunlar araştırılmalı ve giderilmelidir. Uzun vadeli otomotiv elektroniği güvenilirlik testleri için, test raporları için destekleyici izlenebilirlik materyali olarak ekipman sıcaklık çalışma eğrilerinin periyodik olarak dışa aktarılması önerilir.

Sonuç

ISO 16750-4'te belirtilen termal şok testi, otomotiv elektronik bileşenlerinin güvenilirlik doğrulaması için önemli bir unsurdur. Bu test, termal genleşme ve büzülme geriliminden kaynaklanan çeşitli gizli arızaları etkili bir şekilde simüle edebilir ve test sonuçlarının güvenilirliği, Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odasının kapsamlı performansına büyük ölçüde bağlıdır. LISUN HLST-500D Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası -50℃~150℃ geniş sıcaklık aralığında anlık geçiş özelliğine sahiptir. Olgun iki bölgeli sepet mekik prensibini, ithal çekirdek bileşenleri, akıllı kontrol sistemi ve eksiksiz güvenlik korumasıyla birleştirerek, ISO 16750-4'teki termal şok testlerinin ekipman göstergelerini karşılayabilir ve gerçek araç servisinde aşırı hızlı sıcaklık farkı ortamını taklit edebilir; böylece Ar-Ge personelinin araç içi MCU'lar, lambalar, ekranlar, PCB montajları ve diğer bileşenlerin tasarım kusurlarını hızlı bir şekilde belirlemesine yardımcı olur. Bu Yüksek ve Düşük Sıcaklık Termal Şok Odası, Ar-Ge aşamasında örnek tarama testleri, bileşenlerin gelen kalite kontrolü ve üçüncü taraf test kuruluşlarında uygunluk sertifikasyonu için kullanılabilir. Pratik test çalışmalarında, test uzmanlarının ISO 16750-4'ün test kısıtlamalarını tam olarak anlamaları, test öncesi ekipman kalibrasyonunu tamamlamaları, makul örnek düzenlemesi yapmaları, işlem verilerini saklamaları ve düzenli ekipman bakımı yapmaları, ekipman performansından tam olarak yararlanmaları, termal şok test sonuçlarının doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamaları ve otomotiv elektronik ürünlerinin güvenilirlik tasarımı için güçlü test desteği sağlamaları gerekir.