冷热冲击试验箱（Thermal Shock Chamber, TSC）通过“骤冷骤热”方式，在数十秒内使试品经历大于70 K的温差，用以暴露由热胀冷缩引起的材料不匹配、焊接微裂纹、密封失效等潜在缺陷。依据结构特征，市场主流产品可划分为：
两厢提篮式（Two-zone, Basket Type）
高温区与低温区水平或上下布置，试品置于金属提篮，通过气缸或伺服电机在≤10 s内完成区间转移。
三厢静置式（Three-zone, Static Type）
增设常温测试区，利用高温区与低温区的预冷热空气，经高速风阀切换导入测试区，试品全程静止，免除机械移动。
二、作业原理与关键参数
温度跃迁时间（Transition Time）
定义为从设定高温（如+150 ℃）到设定低温（如−65 ℃）或反向的转换耗时。两厢式因直接转移，通常≤30 s；三厢式依赖风量与阀门响应，典型值为30–60 s。
恢复时间（Recovery Time）
指试品中心点温度重新进入公差带（±2 K）所需时长，直接决定试验节拍。优质设备可在提篮到位后≤3 min完成恢复。
热负荷匹配（Heat Load Match）
试品发热功率（如PCBA带载老化）若大于试验区除热能力，将导致最低温度“抬升”，造成伪失效。选型时应提供最大发热量、质量、比热容等数据，由厂商进行热平衡计算。
风速与紊流度
依据IEC 60068-3-5，试验区风速建议3–5 m/s，过高易致细小元件移位，过低则降低热交换效率。
三、两厢式与三厢式对比分析
维度 两厢提篮式 三厢静置式
温度冲击强度 高（直接浸入式传热） 中等（气流交换，存在边界层）
试品尺寸适应性 受提篮与动密封限制，适合≤30 kg 测试区容积可定制至2 m³以上
移动风险 存在机械冲击、线缆缠绕可能 无移动部件，适合带线束产品
节能性 低温区连续运行，能耗高 可启用“蓄能模式”，低功耗待机
维护复杂度 提篮导轨、密封条磨损需定期更换 风阀轴承、加热器继电器为易损件
标准符合性 满足MIL-STD-202G、GB/T 2423.22 同样满足，但需注明“气流式”方法
四、典型作业流程（以两厢式为例）
前处理
1.1 核查冷媒压力（R404A高压侧1.5–2.0 MPa，R23高压侧2.5–3.2 MPa）；
1.2 校验温度传感器（九点布点，最大偏差≤±1.5 K）；
1.3 记录试品质量、发热量、易燃等级（IEC 60721-3-0）。
装载
2.1 试品间距≥5 cm，防止气流死角；
2.2 带连接器产品时，线缆经顶部走线槽垂直引出，避免提篮运动拉拽。
程序设定
3.1 常用循环：+125 ℃（30 min）↔−55 ℃（30 min），循环100次；
3.2 温度过冲容忍度设定为2 K，超出即暂停并记录。
运行监控
4.1 PLC实时比对提篮位置与风门状态，出现“风门未关到位”立即回温保护；
4.2 每循环第10次追加拍照（箱内摄像头），观察结霜、凝露位置。
后处理
5.1 循环结束后30 min方可开门，防止骤吸湿空气结露；
5.2 试品在23 ℃/50 % RH环境静置2 h，再做电性能测试。
五、行业应用范式
半导体封装
要求−65 ℃↔+150 ℃、转换<20 s，用于考核Flip-Chip底部填充胶裂纹扩展。
新能源汽车电池模组
采用三厢式，测试区尺寸1200 mm×800 mm×800 mm，循环−40 ℃↔+85 ℃，500次后绝缘电阻下降≤10 %。
航天电连接器
依据GJB 1217A-2009，需在高真空前级先做100次冷热冲击，以剔除玻璃绝缘子微裂纹。
光学透镜组
要求温度变化过程透镜不位移，采用三厢式低风速（1 m/s）模式，避免气动扰动。
六、选型与布设要点
冷却方式
风冷型适用于试验室空调环境温度≤28 ℃、通风量≥10 m³/min；水冷型对水温要求5–30 ℃、压力0.2–0.4 MPa，需配闭式冷却塔。
楼板承重
大型三厢式整机质量可达4 t，需核算楼板动载系数；提篮式因冲击载荷，需独立防震垫。
排气与新风
低温区化霜时瞬时排出大量冷湿空气，应接Φ200 mm不锈钢排风管，出口速度≥8 m/s，防止下沉“雾池”。
维护通道
后侧距墙≥1.2 m，便于冷凝器清洗；顶部加热器更换空间≥0.8 m。
七、失效案例与改进启示
案例：某航空继电器在三厢式设备中100次循环后出现接触电阻漂移。
根因：测试区风阀密封条老化，导致高温段热气渗入低温段，实际最低温度仅达−48 ℃，未形成设计温差。
改进：将三元乙丙密封条更换为氟橡胶，并追加风阀关闭力矩监测（≤5°偏差报警）。
冷热冲击试验箱并非简单的“温度过山车”，而是集热力学、流体力学、材料学于一体的精密设备。正确理解两厢式与三厢式的技术边界，科学制定作业参数，严格执行全生命周期管理，方能使其在研发筛选、质量验证、失效分析等环节发挥最大价值，最终实现“早发现、早改进、早受益”的质量目标。
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