从新能源汽车电池在快充快放中剧烈升温又冷却，
到5G基站功放在高负载与待机间频繁切换；
从LED路灯昼夜温差循环，
到航天器穿越地球阴影与日照区……
温度的周期性变化，正以“看不见的应力”反复拉扯着产品内部的每一处材料界面。
这种热胀冷缩的循环作用，会在焊点、封装、涂层、结构件中累积损伤，最终导致开裂、分层、功能失效——这就是热疲劳（Thermal Fatigue）。
而热疲劳测试，正是模拟这种真实使用场景，提前暴露因热循环应力引发的潜在失效。
今天，就带你深入这项关乎长期可靠性的关键验证手段。
一、什么是热疲劳？它和热冲击有何不同？
🔥 热疲劳（Thermal Fatigue）
特点：缓慢、多次、小温差的温度循环（如 -40℃ ↔ +125℃，每 cycle 数十分钟）；
机理：不同材料热膨胀系数（CTE）不匹配 → 反复膨胀/收缩 → 界面剪切应力累积 → 微裂纹萌生并扩展；
失效形式：焊点裂纹、芯片分层、PCB铜箔断裂、密封失效。
⚡ 热冲击（Thermal Shock）
特点：瞬间、大温差切换（如 150℃ → -65℃，转换时间 <10秒）；
机理：极端瞬时应力 → 材料脆性断裂；
适用：陶瓷、玻璃、厚壁金属等脆性材料。
✅ 一句话区分：
热疲劳 = 铁丝反复弯折后断裂（累积损伤）；
热冲击 = 玻璃杯倒入开水后炸裂（瞬时过载）。
二、热疲劳测试的核心标准与参数
虽然无单一“热疲劳测试”国标，但行业普遍采用以下标准中的温度循环（Temperature Cycling）或快速温变（Rapid Temperature Change）作为等效方法：
| 标准 | 名称 | 典型条件 |
|---|---|---|
| IEC 60068-2-14 | 快速温度变化试验 | -55℃ ↔ +125℃, 10–15℃/min, 5–10 cycles |
| JESD22-A104 | 温度循环（半导体） | -65℃ ↔ +150℃, 10+ minutes dwell, 1000+ cycles |
| MIL-STD-883H Method 1010.9 | 温度循环（军用器件） | 多种严酷等级，最高5000 cycles |
🔬 关键参数：
温度范围（ΔT）：温差越大，应力越强；
升降温速率：越快，瞬时应力越大；
驻留时间（Dwell Time）：高温/低温端保持时间，影响材料充分膨胀/收缩；
循环次数：从几十次（整机）到上千次（芯片级）。
三、热疲劳如何“撕裂”产品？典型失效模式
1. 焊点开裂（最常见！）
BGA/CSP 封装与 PCB 的 CTE 不匹配（硅芯片≈2.6 ppm/℃，FR4≈17 ppm/℃）；
反复热循环 → 焊点承受剪切应变 → 裂纹从边缘向中心扩展；
后果：间歇性断连、信号丢失、完全开路。
2. 芯片封装分层
塑封料（EMC）与硅芯片、引线框架之间粘接失效；
湿气侵入后，在高温下汽化 → “爆米花效应”（Popcorn Effect）。
3. PCB 内层断裂
多层板中铜箔与树脂基材 CTE 差异 → 热循环后内层走线断裂；
尤其在通孔（Via）周围应力集中。
4. 光学器件脱胶
镜头、激光器与支架因 CTE 不匹配 → 胶层开裂 → 光轴偏移、成像模糊。
5. 密封圈失效
橡胶在反复热胀冷缩中失去弹性 → 压缩永久变形 → 密封泄漏。
四、行业典型应用场景
| 行业 | 关注焦点 |
|---|---|
| 新能源汽车 | 电池模组连接、BMS焊点、OBC功率模块 |
| 5G通信 | 滤波器焊接、毫米波天线馈电点 |
| 航空航天 | 导航芯片、传感器封装 |
| 工业电源 | 散热器焊接、电解电容固定 |
| 消费电子 | 手机摄像头模组、Type-C接口 |