¿En qué consiste el Choque Térmico?
La prueba de choque térmico consiste en exponer los dispositivos electrónicos a cambios de temperatura abruptos y extremos, forzándolos a pasar de una cámara caliente a una cámara fría (o viceversa) en un intervalo muy corto de tiempo, sin que haya transición intermedia.
A diferencia del ciclo de temperatura, que cambia gradualmente, el choque térmico genera estrés instantáneo y severo sobre los materiales debido a las diferencias en coeficiente de expansión térmica (CTE), induciendo tensiones mecánicas que simulan condiciones extremas del entorno real.
¿Para qué sirve?
Evaluar la resistencia del encapsulado y las uniones internas del dispositivo a transiciones térmicas bruscas.
Identificar fallas latentes que surgen por tensiones térmicas extremas, especialmente en materiales disímiles (silicio, plástico, metal).
Calificar componentes para industrias que requieren tolerancia al estrés térmico instantáneo, como la aeroespacial, militar, automotriz y médica.
Validar la integridad estructural y la confiabilidad del ensamblaje del chip.
¿Cómo se realiza?
El ensayo se lleva a cabo en un sistema de doble cámara (una caliente y una fría) o en un sistema con transferencia rápida por gas o brazo mecánico. El dispositivo se traslada bruscamente entre temperaturas extremas.
Parámetros típicos del ensayo:
Temperatura baja (cámara fría): -65 °C o -55 °C
Temperatura alta (cámara caliente): +125 °C, +150 °C o incluso +200 °C
Tiempo de permanencia en cada cámara (dwell time): 5 a 10 minutos
Tiempo de transferencia: máximo de 10 segundos entre cámaras
Número de ciclos: 500 a 1000 ciclos (dependiendo del estándar o la aplicación)
El cambio térmico debe ser rápido e intenso para generar el efecto de "choque".
¿Qué tipo de fallas detecta?
Grietas en el encapsulado plástico o cerámico debido a expansión/contracción repentina.
Delaminación entre el die y el encapsulado, o entre capas internas.
Fracturas en wire bonds o bondeos metálicos por tensiones súbitas.
Fallas en soldaduras internas o externas.
Desprendimientos del die (die lift) o fracturas en la matriz.
Desalineación o ruptura de pads de contacto.
Microfisuras o defectos en materiales compuestos.
¿Por qué es necesaria?
En el uso real, los dispositivos pueden estar sujetos a cambios térmicos bruscos, por ejemplo:
Aviones despegando o aterrizando (altitud vs cabina).
Dispositivos electrónicos en exteriores expuestos al sol o al hielo.
Equipos médicos en cámaras criogénicas o ambientes estériles.
Detecta fallas inducidas por el estrés diferencial instantáneo, que no se revelan en pruebas con cambios térmicos lentos (como el ciclo de temperatura).
Valida la calidad del ensamblaje, la adhesión de materiales y la resistencia mecánica interna.
¿Quién lo utiliza?
Fabricantes de semiconductores, como parte de calificación del encapsulado.
Industrias automotriz, aeroespacial y militar, donde los ambientes extremos son comunes.
Laboratorios de prueba y verificación de calidad (OSATs y terceros).
Clientes industriales y de defensa, que demandan alta confiabilidad estructural.
Estándares relacionados
JEDEC JESD22-A106 – Thermal Shock
MIL-STD-883 Method 1011 – para componentes electrónicos en ambientes severos
AEC-Q100, Grado automotriz – para calificación de CI automotrices
IEC 60068-2-14 (Na) – para pruebas de estrés ambiental general
Caso real
Una empresa quiere calificar un sensor MEMS encapsulado en cerámica para uso en turbinas de avión.
Se colocan 77 muestras en un sistema de choque térmico.
Se configura la prueba con:
Baja temperatura: -55 °C
Alta temperatura: +150 °C
10 minutos de permanencia en cada cámara
Tiempo de transferencia: <5 segundos
1000 ciclos
A la mitad de la prueba y al final, se inspeccionan los dispositivos mediante:
Rayos X
Pruebas eléctricas
Microscopía SEM
Se detectan delaminaciones internas y fracturas en las uniones metálicas de 2 dispositivos, señalando problemas en el diseño del encapsulado.
Se corrige el proceso de unión y se optimiza la resistencia del encapsulado.