恒温恒湿试验箱的行业应用图谱—从原理到场景

 

一、概念与功能边界

恒温恒湿试验箱（Constant Temperature and Humidity Chamber，简称 CT&H 箱）是一类能够在指定区间内同时精确控制干球温度与相对湿度，并长时间保持设定值稳定的封闭环境模拟装置。与只能调控温度的高低温试验箱相比，CT&H 箱增加了湿度发生、蒸汽分压控制及露点追踪模块，因而覆盖了“温度-湿度”二维耦合应力，可对试品施加干燥、高温高湿、低温高湿、交变湿热等复合工况，为材料性能验证、失效机理研究、寿命预测与质量筛选提供硬件基础。
 

二、技术要览

指标范围：主流商用机型可实现 −70 ℃~+180 ℃、20 %RH~98 %RH 的连续可调；波动度优于 ±0.3 ℃、±2 %RH。

调控原理：采用级联 PID 算法，温度环路通过制冷量/加热量平衡，湿度环路以露点法或蒸汽注入法调节水蒸气分压，两环路解耦控制，避免互相扰动。

标准覆盖：GB/T 2423、IEC 60068、MIL-STD-810、JEDEC JESD22、ISO 16750、ICH Q1A 等国内外气候试验标准均明确将 CT&H 箱列为推荐设备。
 

三、行业级应用矩阵

（一）电子与通信

智能手机、可穿戴设备、基站射频模块在运输、仓储及服役阶段均面临“凝露-干燥”循环。CT&H 箱通过 85 ℃/85 %RH 1 000 h 老化，可在设计端提前暴露 PCB 分层、焊点电化学迁移等缺陷，降低市场返修率。5G 毫米波天线对介电常数漂移极为敏感，利用 23 ℃±2 ℃、50 %RH±5 %RH 的精密稳态环境，可对天线阵列进行 S 参数标定，保证批量一致性。

（二）半导体与先进封装

SMT 回流焊过程中，潮敏元件（MSL 3 及以上）若吸湿率超标，会在 220 ℃ 峰值区发生“爆米花”开裂。JEDEC J-STD-020 规定，封装厂必须采用 85 ℃/60 %RH 加速吸湿 168 h，再用 CT&H 箱做 30 ℃/60 %RH 干燥贮存，验证除湿曲线。此外，晶圆级封装（WLP）使用的 PI 胶、环氧模封料（EMC）在高湿下易水解，通过 130 ℃/85 %RH 高加速应力试验（uHAST）可推算 25 年贮存寿命。

（三）新能源与汽车

动力电池包密封性失效将导致冷却液渗入，引发绝缘失效。IEC 62660-2 建议采用 −40 ℃~85 ℃、5 %RH~95 %RH 交变湿热 10 个循环，评估极柱腐蚀与高压连接器凝露风险。车灯、传感器、车载显示屏亦需通过 60 ℃/95 %RH 48 h 结露试验，确保光学膜层不发生雾化和镀层剥落。

（四）航空航天与军工

飞行器从地面 45 ℃、10 %RH 低空跃升至 20 km −60 ℃、<1 %RH 平流层，再返回高湿海域，环境跨度极大。CT&H 箱配合低气压单元可模拟“温-湿-压”三综合应力，用于惯导系统、机载雷达的服役可靠性验证。MIL-STD-810H 方法 507.6 规定，装备须完成 38 ℃/90 %RH 与 65 ℃/30 %RH 的交变循环 10 天，暴露潜在镀层起泡、导线霉蚀问题。

（五）医药与生命科学

ICH Q1A（R2）稳定性指南要求新药在 25 ℃/60 %RH、30 ℃/65 %RH、40 ℃/75 %RH 三种条件下进行 6–12 个月长期与加速试验，以确定有效期与贮存标签。CT&H 箱需具备 FDA 21 CFR Part 11 电子记录功能，确保温湿度数据完整可追溯。疫苗、诊断试剂盒的冷链断裂模拟，亦可在 2–8 ℃、80 %RH 区间完成“凝露-再干燥”验证。

（六）建材与轻工业

人造板、瓷砖胶、建筑密封胶需符合 GB/T 17671-2021 中 23 ℃/50 %RH 标准养护条件；木地板则在 40 ℃/90 %RH 下测量膨胀率，评估潮湿地区应用可靠性。化妆品行业利用 45 ℃/75 %RH 加速 3 个月，预测膏霜分层、香料挥发速率，缩短新品上市周期。

（七）食品与农产品

脱水蔬菜、奶粉、即食谷物的水分活度（aw）直接决定货架期。CT&H 箱在 25 ℃、aw 0.11–0.90 系列点测定吸附-解吸等温线，为防潮包装选型提供数据。益生菌片剂则需 30 ℃/65 %RH 加速 6 周，验证活菌数衰减是否符合宣称值。
 

四、典型失效模式与筛选价值

电化学迁移：85 ℃/85 %RH 偏压下，PCB 表面电阻下降 3 个数量级，可提前发现阳极导电丝（CAF）。

水解脆化：尼龙、PET 在 70 ℃/90 %RH 下拉伸强度 200 h 下降 30 %，模拟汽车发动机舱吸湿老化。

镀层腐蚀：镀锌钢板经 50 ℃/95 %RH 结露 8 h + 50 ℃烘干 16 h 循环 30 次，红锈面积≤5 % 为合格。

光学雾度：OLED 偏光片 60 ℃/90 %RH 500 h 雾度增加 <0.2 %，保证折叠屏长期使用清晰度。
 

五、选型与运维要点

容积匹配：试品总体积 ≤ 工作室 1/3，确保循环风量。

斜率能力：升降温速率 ≥1 ℃·min⁻¹，满足交变湿热 2 h 转换要求。

水质管理：加湿用水电导率 ≤5 μS·cm⁻¹，并定期空烧杀菌，防止军团菌污染。

传感器校准：温湿度传感器每 12 个月进行一点或多点校准，偏差>±1 %RH 须更换。

数据完整性：支持 Ethernet、USB、无线 MQTT 多种接口，审计追踪记录不可改写，满足 GMP、ISO 17025 要求。

 

恒温恒湿试验箱已从早期“温湿度舱”演进为多参数耦合、智能可控的可靠性基础设施。其应用版图横跨民用消费电子、高可靠军工、前沿半导体与生命健康，成为产品研发、质量放行、失效分析不可或缺的一环。随着“双碳”战略与智能制造的深化，CT&H 箱将进一步与低气压、光照、盐雾、振动等多应力平台集成，形成全场景环境可靠性解决方案，为制造业高质量发展提供持续支撑。