可靠性測試HAST 溫度超過100C的相對溼度如何控制?

溫溼可靠度測試

        電子產品在上市前都會進行一連串的可靠性測試來確保產品的使用壽命時候能夠超做2年5年或10年以上，但現在電子產品生命週期都很短，可能少過半年就會退出市場，不可能花超過1年的時間驗證測試後再上市，實務會透過增加溫度與濕度的條件來加速產品老化，常見會聽到THB或稱為雙85測試，溫度與相對溼度分別為85C與85%來加速產品老化，一般標準是要實行1000小時來確保產品可以在正常環境溫度與濕度下使用10年。

        用1000小時約1.5個月的時間來預估10年聽起來相當划算，但如果出了問題在進行除錯每次的週期就會間隔2個月以上，所以後面大家會了縮短這個時間，就有人想說那就把溫度或濕度在拉高看看一致性，於是HAST (Highly Accelerated Temperature/Humidity Stress Test)，目前一般常見的是用溫度/相對溼度 130C/85% 96hrs來取代THB 溫度/相對溼度85C/85% 1000hrs的測試。

資料來源ESPEC

飽和水氣壓Saturated Vapor Pressure

         在討論相對濕度Relative Humidity RH的時候，要先知道飽和水汽壓Saturated Vapor Pressure，大家應該都有聽過高山煮飯的時候，水的沸點溫度會比較低，所以要用壓力鍋煮飯。
        下圖是水的三象圖，水的沸點會與壓力有關，大氣壓力單位Pa(帕)，標準大氣壓力為
101325帕，也就是101.325千帕 (kPa)，所以在平地上水沸騰的溫度為100C，當海拔拉高的時候，大氣壓力變小，這時候沸點的溫度會降低，也就是你看水滾了其實還不到100C，當然你可以反向來看，當把壓力加大的時候，水的沸點也會超過100C，這也是壓力鍋的原理，在燉煮食物的時候可以加速的原因。

資料來源Wikipedia

        那飽和水氣壓Saturated Vapor Pressure是什麼? 如果在一個密閉鍋具，壓力與大氣壓力相同，壓力太大水分子或空氣分子會由壓力閥排出，當我們加熱到100C的時候，這時候的相對溼度會到達100%，但是並不是整個氣體分子都是Water，水分子的壓力會與溫度有關，這個我們就稱為飽和水汽壓。

資料來源https://www.engineeringtoolbox.com/water-vapor-saturation-pressure-air-d_689.html

        由上表可以知道100C時候的飽和水汽壓為100.446kPa密度為0.59kg/m^3，這時候的飽和蒸汽壓其實會等於大氣壓力(相當接近)，如果底部還有水整個空間中的氣體會被水分子佔據，在持續加熱過程多出來的水分子會由壓力閥排出。

壓力鍋原理

       這時候如果持續加熱只會持續將液態水轉換成水分子然後由壓力閥排出，如果想要增加溫度，就必須調整壓力閥的壓力，如果調整到990.022kPa，也就是加熱過程水分子無法排出，導致壓力增加所以水的沸點提高，最後溫度會提升到180C左右才會有沸騰的現象，在持續加熱多出來的水分子還是會由壓力閥排出。
        因為水的溫度會比平常100C來的高，也增加了燉煮的時間，但這無論壓力是100kPa(標準大氣壓)，或加壓的條件下以上的條件這時候相對濕度都是接近100%，那如何達成溫度超過180C相對溼度為85%的條件?

相對溼度Relative Humidity

        這時候就要先理解一下什麼是相對濕度，如果THB雙85的測試，可以查表得知飽和的水氣壓為57.8kPa，所以控制空間中的水分子比例到49.1 (85%)，也就是我們所謂的相對濕度85%，這個執行條件大多在標準大氣壓力下執行，所以水氣壓力的氣壓都遠小於100C.

https://www.test-navi.com/eng/research/handbook/pdf/07_TheConceptOfRelativeHumidityInHAST.pdf

HAST Chamber 濕度控制

 
       所以如何控制溫度超過100C時候的相對濕度? 以剛剛壓力鍋的例子，控制壓力與溫度，就可以直接得到飽和水汽壓(RH 100%)，這時候控制空間中的溫度與壓力，就可以得到對應的相對濕度。

https://www.test-navi.com/eng/research/handbook/pdf/07_TheConceptOfRelativeHumidityInHAST.pdf

        所以如何達成溫度100C以上相對濕度的控制，其實答案就在你家的廚房，你需一個可以控制壓力與精準溫度的壓力鍋。