¿En qué consiste el Ciclo De Temperatura?
La prueba de ciclo de temperatura consiste en exponer los dispositivos a cambios térmicos repetitivos y extremos, alternando entre temperaturas altas y bajas dentro de una cámara térmica controlada. El objetivo es simular las expansiones y contracciones mecánicas que sufren los materiales del encapsulado durante la operación normal en ambientes cambiantes.
Estos cambios térmicos generan estrés mecánico en las uniones internas, el encapsulado, las soldaduras y los materiales del dispositivo, acelerando posibles fallas relacionadas con fatiga térmica.
¿Para qué sirve?
Evaluar la resistencia mecánica y térmica del encapsulado frente a ciclos repetidos de calor y frío.
Simular el comportamiento de los componentes ante condiciones ambientales cambiantes como las que se presentan en:
Ambientes automotrices.
Electrónica de exteriores.
Dispositivos aeroespaciales o industriales.
Detectar degradación acumulativa causada por ciclos térmicos prolongados.
Calificar el desempeño de soldaduras, uniones internas y estructuras metálicas frente a fatiga térmica.
¿Cómo se realiza?
La prueba se realiza en una cámara térmica automatizada que alterna entre dos temperaturas extremas. La especificación típica sigue la norma JEDEC JESD22-A104:
Parámetros principales:
Rango de temperaturas:
Baja: -65 °C a -40 °C
Alta: +125 °C a +150 °C
Tasa de cambio de temperatura:
Generalmente >10 °C por minuto (controlada según el equipo)
Tiempo de permanencia en cada extremo (dwell time):
10 a 15 minutos para permitir que el componente alcance el equilibrio térmico
Número de ciclos:
500, 1000 o hasta 2000 ciclos, dependiendo de la aplicación (militar, automotriz, etc.)
Nota: La prueba puede realizarse sin sesgo eléctrico o con monitoreo intermitente entre ciclos para observar degradación progresiva.
¿Qué tipo de fallas detecta?
Fracturas en las soldaduras internas y externas por fatiga térmica.
Delaminación entre capas del encapsulado y el die.
Grietas en el encapsulado plástico o cerámico.
Desprendimiento del die (die lift) o daño en el die attach.
Fallas en los bondeos (wire bond cracking o lifting).
Separación o daño en las vías metalizadas (vias o interconnects).
¿Por qué es necesaria?
Porque muchos componentes electrónicos operan en ambientes con fluctuaciones térmicas severas (día/noche, climas extremos, arranque-paro repetido).
Las diferencias en coeficiente de expansión térmica (CTE) entre materiales (silicio, plomo, resina epóxica, PCB) generan tensiones mecánicas internas.
Simula el desgaste por uso prolongado en condiciones reales.
Es clave en la industria automotriz y aeroespacial para prevenir fallas por fatiga térmica acumulativa.
¿Quién lo utiliza?
Fabricantes de semiconductores para calificación inicial de encapsulados y tecnologías.
Fabricantes automotrices y aeroespaciales, debido a los ciclos térmicos extremos a los que están expuestos sus productos.
Clientes industriales o médicos que requieren componentes duraderos.
Laboratorios de prueba (OSATs) para realizar pruebas de confiabilidad por contrato.
Estándares relacionados
JEDEC JESD22-A104 – Temperature Cycling
MIL-STD-883 Method 1010 – para aplicaciones militares y aeroespaciales
AEC-Q100-Temperature Cycle Test (Grado automotriz)
IEC 60068-2-14 – Standard internacional para pruebas ambientales
Caso real
Una empresa desea certificar un microcontrolador encapsulado en QFP para su uso en un sistema automotriz bajo norma AEC-Q100.
Se colocan 77 unidades en una cámara térmica.
Se configuran 1000 ciclos de temperatura entre -40 °C y +125 °C, con 15 minutos de permanencia en cada extremo.
Después de 100, 500 y 1000 ciclos, se realizan pruebas eléctricas y análisis por rayos X.
Resultado: 3 dispositivos fallaron por microfracturas en los alambres de conexión (wire bond) debido a expansión diferencial.
Acción correctiva: se rediseñó la geometría del encapsulado y se mejoró el bondeo para resistir la fatiga.