環境鑑定試驗

產品由設計、製造、裝配至實際使用的整個壽命歷程中常需經歷許多環境，如儲存、

運輸及操作使用等過程。任一環境中皆包含多種的環境因子，常見的環境因子大致可分 為自然環境與動力環境兩大類。自然環境有高溫、低溫、溫度循環、砂塵、鹽霧、濕度、

日曬、高度、雨淋等，動力環境有振動、衝擊、加速度等。由於產品會在其壽命歷程中 遭遇到這些環境的考驗，所以如果我們能瞭解產品耐環境應力之能力，對於產品日後能 否達成預期之功能，具有關鍵性的影響。因此，鑑定產品耐環境影響之能力即為執行環 境鑑定試驗(Environmental Qualification Test, EQT)的主要目的[7,8]。

環境試驗則係在實驗室內利用模擬的試驗設備，驗證試件承受或抵抗環境應力的能 力。環境鑑定試驗一般是在產品發展末期、正式生產前，依據產品環境規格執行的一系 列環境試驗，目的是鑑定產品是否符合產品環境規格，以作為通過合約需求，並可進行 正式生產、設計定型之依據。由於環境鑑定試驗之目的在鑑定產品忍受環境極值應力之 能力，其試驗應力水準已接近設計邊際(Margin)，因此執行過環境鑑定試驗之硬品，原 則上不宜再銷售使用，以免影響產品之可靠度。

常用的環境試驗項目如下[8]：

1.溫度試驗

溫度試驗包括高溫試驗、低溫試驗、溫度循環試驗與溫度衝擊試驗，分別簡述其目 的如下：

(1) 高溫試驗

高溫試驗的目的為決定產品是否能在高熱的氣候環境下儲存或操作，而無物理損壞 或功能退化的現象。高溫試驗適用於一般產品在使用環境及操作過程中會引致高溫 者，通常是採用溫度櫃來驗證。若預評估產品於太陽輻射或化學光線所引致之高溫 效應，則應以太陽輻射試驗來模擬。

(2) 低溫試驗

低溫試驗的目的為決定產品是否能在低溫環境下儲存或操作，而無物理損壞或功能 退化的現象。自然的低溫環境多為空氣溫度，空氣溫度隨著緯度區域及高度不同而 有很大差異。大部份材料，在低溫時結構特性都顯著的降低，產品在經歷低溫環境 後會產生暫時的或永久的物理性質改變與功能失效。藉著試驗室溫度櫃製造出的低 溫環境，重覆模擬其效應，可幫助改善產品之缺點。

(3) 溫度循環試驗

溫度循環的目的是將產品內不同材料受熱脹冷縮不匹配的缺陷找出，剔除晶片打 線、封蓋等受溫度變化而失效之零件，及造成裂痕、電性改變、接頭斷路等不良零 件。

產品遭遇日夜的溫差，冬寒夏暑的溫度變化，形成熱應力，對於敏感的組件即有破 裂之慮，尤其是不同材料粘結在一起時，各種材料的膨脹係數不同，溫度變化即可 能造成零件脫落。對於電子產品而言，本身即是消耗功率的熱源，開機操作使用時 內部溫度高於外界空氣溫度，關機時又恢復至周圍相同的溫度，產品受到熱脹冷縮 的應力相當嚴厲，尤以寒帶地區及高山地區使用者為最。

(3) 溫度衝擊試驗

溫度衝擊試驗為驗證產品是否能抵抗周圍環境溫度的突然改變，而不遭受破壞或使 其功能退化，並能正常地操作。

溫度衝擊為大部份軍事操作上常遭遇的環境，例如飛機在寒帶地區，突然達到操作 溫度狀態，或於熱帶地區起飛升至高空的低溫環境。火箭、飛彈在冬天或高山地區 發射，由於發動機的燃燒熱、裝備操作產生的熱量，及高速飛行產生的氣動力熱，

對周圍的金屬及液壓、電子控制系統等產生巨大的熱應力。魚雷從潛水艇或船的甲 板發射，飛機空投貨品至沙漠地區，這些均經歷溫度快速的改變。

2.濕度試驗

執行濕度試驗的目的，在驗證產品(包括材料)忍受大氣濕度應力之能力。濕度試驗適 用於一般材料(包括金屬、非金屬或化學材料等)及電子零件。

由於大氣中之濕度會隨著各地區地理環境之氣象不同，而變化無常。環境濕度會引 發材料的膨脹，物理強度的喪失，化學性能的改變，絕緣材料性能的退化，電性短 路，活動機件由於腐蝕及潤滑劑污濁造成卡死，金屬材料的氧化腐蝕，可塑性的喪 失，加速化學反應，電子元件退化等現象。

3.鹽霧試驗

鹽霧試驗的目的在決定材料、零件、組件、產品對鹽腐蝕環境的抵抗能力，並評估 此種環境對材料所產生的腐蝕程度及產品遭受此種環境後的操作能力。本試驗適用 於所有可能遭遇鹽環境腐蝕的產品、材料等，其中又以海島或靠海岸地區戶外使用 的產品最有必要驗證抗鹽腐蝕環境的能力。

鹽霧的組成為純鹽顆粒、硫化鈉與鎂離子的化合物。鹽分是自然界含量最多的化學 物質，在大氣、海洋、陸地、湖泊與河川裡都可發現其成份。鹽之所以會對產品造 成侵蝕，並不是鹽本身的化學特性，而是當鹽溶於水中即形成強離子溶液，與金屬 接觸後會增加金屬的電化反應，加速腐蝕的效果。

4.水密(浸水)試驗

水密試驗的目的為決定產品於浸水時是否會發生漏水的現象。本試驗程序為測試產 品使用之密封襯墊是否能夠有效防止水滲透至產品內部。

當產品被設計為防水(Watertight)且能夠部份或全部浸入水中時，水密試驗即可適 用。在某些例子中，水密試驗可代替雨淋試驗以驗證產品的防水性，因為一般水密 試驗要比雨淋試驗嚴厲，所以產品能通過水密試驗驗證，也表示能抵抗雨淋環境而 不會漏水。

水密試驗的原理為產品浸入水後會產生產品內外之壓力差，浸水深度與壓力成正 比，也就是浸水愈深產品內外之壓力差也愈大，透過產品內外之壓力差以驗證產品 密封襯墊是否會洩漏。水密試驗並非模擬產品所遭遇之環境狀況，僅在驗證產品密 封的完整性

目前對於測漏的試驗方法除了水密(浸水)試驗法外，還有肥皂泡沫法、真空測漏法、

氣體測漏法等，試驗時採用何種方法，需適產品的構造及用途而定。

5.高度試驗

高度試驗的目的為測試高空飛行器及安裝在高海拔地區之材料、零組件或產品，是

否能夠承受高空中之低壓低溫環境，以及在此環境中產品功能是否仍然保持正常。

地球表面隨著高度的增加，而會減低環境的壓力及溫度，所以當產品暴露在高度甚 高的環境之下，容易發生氣體或液體從密封墊圈處漏出，密封包裝物之破裂，低密 度材料的物理及化學性能改變，熱傳導性能降低而造成產品過熱現象，因潤滑劑的 蒸發而導致潤滑性能降低，引擎不正常起動及不完全燃燒，鎔接密封的失效及介電 現象的消失等不良結果。

高度試驗執行一般規定：

－試驗櫃溫度精度在±2℃以內。

－試驗櫃內之溫度梯度：距產品一公尺內不能超過1℃，櫃內最大溫度梯度不能超過 2.2℃。

－試驗櫃內壓力在0.0013 Pa 以上時，量測精度為±5%，壓力在 0.0013 Pa 以下時，

量測精度為±10%。

－高度試驗之執行最好在溫度及振動試驗之後。

－執行高度試驗時，如果考慮低溫狀況，必須先進行降溫後再抽真空。

6.振動試驗

振動試驗的目的主要有二，即驗證產品耐使用及運輸環境振動應力之能力，與剔除 產品之不良零件及工藝缺陷。

環境試驗方法有模擬環境及模擬環境產生之效應兩種，振動環境主要來自搬運、運 輸、噪音、射擊、空氣擾動、機械轉動等，通常都是多種振源同時作用，因此以試 驗室有限設備實在難以模擬此種多樣式之振動環境，而採用振動試驗設備模擬實際 振動環境所產生的效應則為較為經濟且可行的方法。

振動為結構物沿著其平衡點作來回振盪運動，大體上可區分為正弦振動與隨機振動 兩種，分別簡述如下：

正弦振動：為結構物經過週期時間T 後回復至原來位置 若振動為正弦波形，有以下之特性：

－當位移在任何頻率下都相同時，速度將隨頻率升高而呈現線性增加

－加速度則隨頻率升高而呈現拋物線遞增

－當速度在任何頻率下都固定不變時，位移將隨頻率升高而呈現線性遞減

－加速度則隨頻率升高而呈現線性遞增

－當加速度在任何頻率下都為常數值時，位移將隨頻率升高而呈現拋物線迅速減小

－速度則隨頻率升高而呈現線性遞減

正弦掃瞄振動試驗一般在低頻區以固定位移掃瞄，在高頻區則以固定加速度掃瞄，

目的就在防止低頻區位移太大超出振動機衝程範圍及高頻區加速度太大超出振動機 的推力極限。

隨機振動(Random Vibration)：為連續振盪運動，其未來任何瞬間之振幅，採用解析 方法亦無法預知，僅可用機率法預測會發生的機率。顯然地，隨機振動為非週期性 運動，由於隨機振動之峰值隨時間改變，因此不能以波峰值來表示隨機振動之大小，

通常都以均方根值表示之。對於穩態(Steady State)之隨機振動而言，其均方根值不隨 時間變化，其值的平方為均方值與振動能量成正比，因此更能恰當地表示隨機振動 之強度。

均方值的定義以數學式子表示為：

TÆ∞

x² = lim T

1

∫

^x

2(t)dt (2.7)

x²開根號後得均方根值，單位為Grms，標記rms的主要目的是和加速度時域信號縱座 標單位g區別起見，均方根值愈大表示隨機振動之強度愈強。

由於下列因素，一般在實務上大都採用實際的振動試驗來驗證產品，尤其是對電子 產品而言，理論分析通常無法取代振動試驗，因為[30]：

－在20～2kHz 頻寬內，結構振模多且亦受局部特性左右致使分析不易。

－在20～2kHz 頻寬內，結構振模多且亦受局部特性左右致使分析不易。