Contents
Thermal shock test adalah metode pengujian untuk mengetahui kemampuan produk, material, atau komponen bertahan terhadap perubahan suhu ekstrem dalam waktu yang sangat singkat. Produk dipindahkan secara cepat dari kondisi panas ke dingin, atau sebaliknya, sehingga material menerima tekanan termal yang jauh lebih berat dibanding perubahan temperatur secara perlahan.
Pengujian ini penting karena produk di kondisi nyata dapat mengalami perubahan temperatur mendadak. Komponen kendaraan misalnya dapat terpapar panas ketika beroperasi kemudian berada di lingkungan bersuhu rendah. Kondisi serupa dapat terjadi pada perangkat elektronik, aerospace, baterai, sensor, hingga material industri.
Berbeda dengan climatic chamber test yang dapat mensimulasikan berbagai kondisi suhu dan kelembapan, thermal shock test secara khusus menekankan perubahan temperatur yang cepat dan berulang.
Apa Itu Thermal Shock Test?
Thermal shock test adalah pengujian dengan memberikan perubahan temperatur secara tiba-tiba pada spesimen untuk mengevaluasi bagaimana material dan konstruksinya merespons thermal stress.
Ketika temperatur berubah, material mengalami pemuaian dan penyusutan. Masalah dapat terjadi apabila sebuah produk terdiri dari beberapa material dengan coefficient of thermal expansion berbeda.
Sebagai contoh, PCB memiliki substrate, solder joint, connector, dan berbagai material lain. Saat temperatur berubah sangat cepat, setiap material dapat memuai atau menyusut dengan laju berbeda. Perbedaan tersebut dapat menyebabkan:
- retak pada solder joint
- delaminasi
- deformasi material
- perubahan dimensi
- kerusakan connector
- retak pada coating
- penurunan kualitas sealing
- gangguan fungsi komponen elektronik
Thermal shock test banyak digunakan pada tahap R&D, product validation, reliability testing, dan quality assurance.
Bagaimana Proses Thermal Shock Test Dilakukan?
Prosedur pengujian harus mengikuti test plan dan standar yang digunakan. Namun, secara umum thermal shock testing terdiri dari beberapa tahap.
1. Menentukan Kondisi Awal Specimen
Produk terlebih dahulu diperiksa sebelum dimasukkan ke chamber. Kondisi fisik, dimensi, dan fungsi awal sebaiknya didokumentasikan agar perubahan setelah pengujian dapat dibandingkan. Untuk komponen elektrik, engineer juga dapat melakukan pengukuran resistance, insulation resistance, atau parameter elektrik lainnya sesuai kebutuhan.
2. Menentukan Temperatur Tinggi dan Rendah
Engineer menentukan batas suhu berdasarkan aplikasi produk dan standar pengujian. Contohnya, specimen dapat menerima paparan temperatur rendah kemudian dipindahkan menuju zona panas. Nilai temperatur tidak boleh ditentukan sembarangan karena setiap material dan aplikasi memiliki test profile berbeda.
3. Dwell pada Zona Temperatur
Specimen ditempatkan pada temperatur tertentu selama periode yang telah ditentukan atau hingga kondisi specimen memenuhi persyaratan pengujian. Tahap tersebut disebut dwell time atau soak period. Tujuannya adalah memastikan specimen menerima kondisi termal yang diperlukan sebelum berpindah ke temperatur berikutnya.
4. Perpindahan Temperatur Secara Cepat
Bagian utama thermal shock test terjadi ketika specimen berpindah dari zona panas menuju zona dingin atau sebaliknya. Transfer harus berlangsung cukup cepat sesuai metode pengujian sehingga specimen benar-benar menerima thermal shock, bukan sekadar temperature cycling biasa. Thermal shock chamber dua zona biasanya menggunakan hot chamber dan cold chamber yang dikontrol secara independen. Basket yang membawa spesimen kemudian dipindahkan antara kedua zona tersebut.
5. Pengujian Diulang dalam Beberapa Cycle
Perubahan panas dan dingin dilakukan secara berulang. Sebagai contoh: Hot Zone → Cold Zone → Hot Zone → Cold Zone. Jumlah cycle bergantung pada standar, karakteristik produk, dan tujuan pengujian. Pengujian berulang memungkinkan engineer melihat apakah kerusakan muncul setelah produk menerima thermal stress berkali-kali.
6. Pemeriksaan Setelah Pengujian
Setelah seluruh cycle selesai, specimen diperiksa kembali. Evaluasi dapat mencakup:
- visual inspection
- functional test
- dimensional inspection
- electrical measurement
- insulation resistance
- pemeriksaan solder atau connector
- analisis retakan dan deformasi
Pada produk elektrik, temperatur dapat memengaruhi karakteristik isolasi. Karena itu, hasil thermal test dapat dikombinasikan dengan pemeriksaan menggunakan insulation tester apabila parameter tersebut relevan terhadap produk.
Thermal Shock Test dan Thermal Cycling Berbeda
Kedua metode ini sama-sama menggunakan temperatur tinggi dan rendah, tetapi kecepatan perubahannya berbeda. Pada thermal cycling, temperatur chamber biasanya berubah secara terkontrol dari satu set point ke set point lainnya. Specimen tetap berada di satu test space.
Sementara pada thermal shock testing, perubahan temperatur dibuat jauh lebih cepat, misalnya dengan memindahkan specimen antara hot zone dan cold zone. Karena transfer temperatur terjadi secara mendadak, thermal shock memberikan mechanical stress akibat ekspansi dan kontraksi material yang lebih agresif. Dengan demikian, pemilihan metode perlu mengikuti failure mode yang ingin dievaluasi dan standar produk.
Thermal Shock Test Chamber TS Series
Untuk menjalankan pengujian ini secara terkendali, laboratorium membutuhkan thermal shock test chamber. Salah satu solusi yang dapat dipertimbangkan adalah Thermal Shock Test Chamber – TS Series dari EMS Technology. TS Series tersedia dalam berbagai konfigurasi untuk menguji produk melalui perpindahan antara temperatur panas dan dingin.
Pada konfigurasi two zone, specimen ditempatkan pada carrier basket yang berpindah antara hot zone dan cold zone. Sistem tersebut memungkinkan perubahan temperatur pada produk berlangsung jauh lebih cepat dibanding chamber temperatur pada umumnya. Beberapa karakteristik TS Series antara lain:
- tersedia konfigurasi horizontal dan beberapa kapasitas
- hot dan cold chamber dikontrol secara independen
- specimen berpindah secara otomatis antar zona
- mendukung pengujian berulang dalam banyak cycle
- tersedia monitoring temperatur specimen
- dapat diprogram dan dimonitor melalui controller
- ditujukan untuk reliability dan environmental qualification testing
Untuk model TS-120, misalnya, sistem terdiri dari dua chamber yang dikontrol secara independen dan dirancang untuk memindahkan produk secara cepat antara hot dan cold chamber. Seri tersebut digunakan untuk pengujian electronics dan assemblies serta mendukung berbagai standar seperti IEC 60068-2-14, MIL-STD 810, MIL-STD 883, dan JEDEC.
Sementara untuk gambar produk yang ada di atas, TS Solutions TS-20270 Thermal Shock Chamber adalah sistem pengujian thermal shock dua zona yang dirancang untuk menguji ketahanan produk terhadap perubahan suhu ekstrem secara cepat. Chamber ini memungkinkan perpindahan specimen antara area panas dan dingin secara otomatis untuk mengevaluasi reliability komponen elektronik, automotive, aerospace, dan industri lainnya.
TS Series juga menawarkan kemampuan operasi lebih dari 1.000 cycle tanpa defrost pada beberapa model serta desain yang mempertimbangkan efisiensi energi. Namun, pemilihan chamber tetap harus memperhatikan ukuran specimen, massa produk, temperature range, recovery time, jumlah cycle, serta standar yang akan digunakan.
Aplikasi Thermal Shock Test di Industri
Thermal shock test digunakan di berbagai sektor yang membutuhkan tingkat reliability tinggi terhadap perubahan suhu mendadak. Pengujian ini membantu engineer menemukan potensi kegagalan material, sambungan, maupun komponen sebelum produk digunakan pada kondisi operasional sebenarnya. Beberapa industri yang umum menerapkannya antara lain elektronik, otomotif, aerospace, dan manufaktur material.
1. Elektronik dan Semiconductor
IC, PCB, connector, sensor, solder joint, dan electronic assembly sering memiliki material dengan karakteristik pemuaian berbeda. Thermal shock testing membantu menemukan kelemahan yang mungkin tidak muncul ketika perangkat hanya diuji pada temperatur stabil.
2. Automotive dan Electric Vehicle
Komponen kendaraan dapat menghadapi perubahan temperatur ketika kendaraan digunakan di lingkungan berbeda. Thermal shock test dapat digunakan untuk menguji:
- electronic control module
- sensor
- connector
- lighting
- battery components
- power electronics
- berbagai electronic assembly
Untuk sistem baterai, thermal shock merupakan salah satu bagian dari rangkaian environmental dan safety testing. Pembahasan mengenai pengujian baterai dapat dilihat melalui artikel alat uji battery testing untuk pabrik baterai. EMS Technology juga menjelaskan bahwa thermal shock termasuk salah satu kondisi ekstrem yang dapat menjadi bagian dari safety and abuse testing baterai.
3. Aerospace dan Defence
Peralatan aerospace dapat mengalami perbedaan temperatur sangat besar ketika berpindah dari lingkungan darat menuju kondisi penerbangan. Reliability komponen menjadi sangat penting karena kegagalan kecil dapat memiliki konsekuensi besar. Thermal shock testing digunakan untuk membantu mengevaluasi material dan assembly sebelum digunakan dalam aplikasi tersebut.
4. Material dan Komponen Industri
Pengujian juga dapat digunakan untuk plastik, metal, rubber, coating, adhesive, enclosure, dan material komposit. Tujuannya adalah melihat apakah perubahan temperatur dapat menyebabkan cracking, deformation, delamination, atau perubahan karakteristik material.
Parameter Saat Memilih Thermal Shock Chamber
Jangan memilih chamber hanya berdasarkan temperatur maksimum dan minimum. Engineer sebaiknya juga memperhatikan:
- ukuran test specimen
- berat specimen
- hot zone temperature
- cold zone temperature
- recovery time
- transfer time
- dwell time
- jumlah cycle
- konfigurasi two zone atau three zone
- kebutuhan monitoring specimen
- standar yang akan digunakan
- kebutuhan data logging
Massa specimen sangat penting. Produk berukuran besar membutuhkan thermal capacity yang berbeda dibanding PCB kecil meskipun keduanya menggunakan temperatur test yang sama. Sizing chamber sebaiknya dilakukan berdasarkan actual test requirement.
Butuh Thermal Shock Chamber yang Sesuai untuk Pengujian Anda?
Setiap produk memiliki kebutuhan pengujian yang berbeda, mulai dari ukuran specimen, temperature range, jumlah cycle, hingga standar yang digunakan. Karena itu, pemilihan thermal shock chamber sebaiknya disesuaikan dengan actual test requirement agar kapasitas dan konfigurasi alat tidak berlebihan maupun kurang dari kebutuhan.
Konsultasikan kebutuhan Thermal Shock Test Chamber Anda bersama EMS Technology sebagai distributor ETS Solutions untuk menentukan konfigurasi yang sesuai dengan aplikasi R&D, quality control, maupun reliability testing di industri.
Konsultasi Thermal Shock Chamber
View this post on Instagram
FAQ tentang Thermal Shock Test
Apa tujuan thermal shock test?
Thermal shock test bertujuan mengevaluasi ketahanan produk atau material ketika mengalami perubahan temperatur tinggi dan rendah secara tiba-tiba.
Apa perbedaan thermal shock dan thermal cycling?
Thermal cycling mengubah temperatur secara bertahap dalam test space, sedangkan thermal shock memberikan perubahan temperatur jauh lebih cepat, biasanya melalui perpindahan specimen antara hot dan cold zone.
Produk apa yang perlu menjalani thermal shock testing?
Pengujian banyak digunakan pada elektronik, semiconductor, automotive, EV, aerospace, defence, sensor, battery component, material, dan berbagai produk yang menghadapi perubahan temperatur selama penggunaannya.
Apakah TS Series dapat digunakan untuk standar industri?
Tergantung model dan konfigurasi. Contohnya TS-120 mendukung kebutuhan pengujian yang mengacu pada IEC 60068-2-14, MIL-STD 810, MIL-STD 883, JEDEC, dan sejumlah standar komersial lainnya.
Apakah thermal shock chamber sama dengan climatic chamber?
Tidak sepenuhnya. Climatic chamber digunakan untuk simulasi temperatur dan kelembapan dengan profil tertentu, sedangkan thermal shock chamber difokuskan pada perpindahan temperatur ekstrem secara cepat.
