Основні навантаження на навколишнє середовище, що спричиняють несправність електронних виробів

Під час робочого процесу електронних виробів, крім електричних навантажень, таких як напруга та струм електричних навантажень, навантаження на навколишнє середовище також включають високу температуру та температурні цикли, механічну вібрацію та удари, вологість та сольові бризки, перешкоди електромагнітного поля тощо. під впливом вищевказаного впливу навколишнього середовища продукти можуть зазнати погіршення продуктивності, зміни параметрів, корозії матеріалу тощо або навіть вийти з ладу.

Після виготовлення електронних виробів, від перевірки, інвентаризації, транспортування до використання та обслуговування, усі вони зазнають впливу навколишнього середовища, що спричиняє постійну зміну фізичних, хімічних, механічних та електричних властивостей продукту. Процес змін може бути повільним або повільним. Перехідний, все залежить від типу екологічного стресу та величини стресу.

1. Температурний стрес

Електронні вироби витримають температурні навантаження в будь-якому середовищі. Величина температурного стресу залежить від типу середовища, структури продукту та робочого стану. Температурне навантаження включає стаціонарне температурне напруження та змінне температурне навантаження.

Стаціонарний температурний стрес означає температуру відгуку електронних виробів, коли вони експлуатуються або зберігаються в певному температурному середовищі. Коли температура відгуку перевищує межу, яку може витримати виріб, складовий виріб не зможе працювати в межах зазначеного діапазону електричних параметрів, що може спричинити розм’якшення та деформацію матеріалу виробу, зниження ізоляційних характеристик або навіть перегрів. і спалити. У цей час продукт піддається високій температурі. Перенапруження та перенапруження при високій температурі можуть призвести до поломки продукту за короткий проміжок часу; коли температура відгуку не перевищує вказаний діапазон робочих температур виробу, ефект стабільного температурного стресу проявляється в довгостроковому ефекті, а температура Довгострокові ефекти спричинять поступове старіння матеріалів виробу та електричні параметри продуктивності відхиляються або перевищують допуски, що зрештою призводить до поломки продукту. Для продукту температурний стрес, який він витримує в цей час, є довготривалим температурним стресом. Стаціонарний температурний стрес, який відчувають електронні вироби, виникає через температурне навантаження виробу навколишнього середовища та тепло, що виділяється його власним енергоспоживанням. Наприклад, через збій системи охолодження або витік високотемпературного теплового потоку з обладнання температура компонента перевищить верхню межу допустимої температури, і компонент витримає високі температури. Надмірний стрес; коли температура середовища зберігання стабільна протягом тривалого часу, продукт піддається тривалому температурному стресу. Спроможність електронних виробів до граничної стійкості до високих температур можна визначити за допомогою поетапного високотемпературного випробування, а тривалість життя електронних виробів, що працюють при довготривалих температурах, можна оцінити за допомогою випробування в стаціонарному стані (прискорення при високій температурі).

Змінна температурна напруга відноситься до теплової напруги на поверхні розділу матеріалу, спричиненої змінами температури, коли електронний виріб перебуває в стані зміни температури через різницю в коефіцієнті теплового розширення кожного функціонального матеріалу виробу. Коли температура різко змінюється, виріб може лопнути на межі розділу матеріалів і вийти з ладу. У цей час виріб піддається перенапруженню при зміні температури або температурному удару; коли температура змінюється відносно повільно, ефект змінної температурної напруги проявляється як довгостроковий. Поверхня матеріалу продовжує протистояти термічній напрузі, що виникає під час змін температури, і в локальних мікрозонах можуть виникнути мікротріщини. Ці пошкодження поступово накопичуються, зрештою призводячи до розтріскування або пошкодження поверхні матеріалу продукту. У цей час продукт піддається тривалим перепадам температури. Стрес або стрес циклу температури. Змінний температурний стрес, який відчувають електронні вироби, походить від температурних змін середовища, в якому знаходиться виріб, і його власного стану перемикання. Наприклад, під час переміщення з теплого приміщення в холодне надворі, під сильним сонячним випромінюванням, раптовим дощем або зануренням у воду, швидкими змінами температури літака від землі до великої висоти, періодичною роботою в холодному середовищі та перебуванням на сонці. і зворотно-сонячні зміни в просторі. Зміни, пайка оплавленням та переробка модулів мікросхем тощо, виріб піддається температурному ударному навантаженню; періодичні зміни температури природного клімату, переривчасті умови роботи, зміни робочої температури самої системи обладнання та зміни гучності виклику комунікаційного обладнання спричиняють коливання споживання електроенергії, виріб піддається навантаженню температурного циклу. Випробування на термічний удар можна використовувати для оцінки стійкості електронних виробів до раптових змін температури, а випробування на температурний цикл можна використовувати для оцінки пристосованості електронних виробів до тривалої роботи в умовах чергування високих і низьких температур.

2. Механічна напруга

Механічні навантаження, які витримують електронні вироби, включають механічну вібрацію, механічні удари та постійне прискорення (відцентрова сила).

Механічна вібраційна напруга стосується механічної напруги, створюваної електронними виробами, що обертаються зворотно-поступально навколо певного положення рівноваги під дією зовнішніх сил середовища. Механічна вібрація класифікується залежно від причини її виникнення на вільну вібрацію, вимушену вібрацію та вібрацію з самозбудженням; відповідно до правил руху механічної вібрації, вона класифікується на синусоїдальну вібрацію та випадкову вібрацію. Ці дві форми вібрації мають різну руйнівну дію на продукти. Остання є більш руйнівною. Більші, тому більшість оцінок вібраційних випробувань використовують випадкові вібраційні випробування. Вплив механічної вібрації на електронні вироби включає в себе деформацію, вигин, тріщини, руйнування тощо, викликані вібрацією. Електронні вироби, які протягом тривалого часу перебували під дією вібрації, призведуть до розтріскування структурних матеріалів інтерфейсу через втому та спричинять пошкодження від механічної втоми; якщо це відбувається, резонанс призводить до розтріскування через надмірну напругу, викликаючи миттєве пошкодження конструкції електронних виробів. Механічна вібрація, яку зазнають електронні вироби, виникає внаслідок механічних навантажень робочого середовища, таких як обертання, пульсація, коливання та інші механічні навантаження повітряних суден, транспортних засобів, кораблів, літальних апаратів і наземних механічних конструкцій, особливо під час транспортування, коли виріб не в робочому стані. І як компоненти, встановлені на транспортних засобах або в повітрі, вони неминуче піддаються механічній вібрації під час роботи. Придатність електронних виробів до повторюваних механічних вібрацій під час роботи можна оцінити за допомогою механічних вібраційних випробувань (особливо випадкових вібраційних випробувань).

Напруга механічного удару стосується механічної напруги, спричиненої одноразовою прямою взаємодією між електронним виробом та іншим об’єктом (або компонентом) під дією зовнішніх сил середовища, що призводить до раптової зміни сили, переміщення, швидкості або прискорення виробу в мить. Стрес. Під дією напруги механічного удару вироби можуть виділяти та передавати значну енергію за дуже короткий проміжок часу, спричиняючи серйозні пошкодження виробу, наприклад, спричиняючи несправність електронних виробів, миттєве розрив/коротке замикання, розтріскування та руйнування складально-упаковувальну структуру. чекати. На відміну від кумулятивного пошкодження, спричиненого довготривалою вібрацією, пошкодження виробів, викликане механічним впливом, є концентрованим виділенням енергії. Тому величина випробування механічним ударом велика, а тривалість імпульсу удару мала. Пікове значення пошкодження виробу є основним. Тривалість імпульсу становить лише кілька мілісекунд до десятків мілісекунд, і вібрація після основного імпульсу швидко спадає. Величина цієї напруги механічного удару визначається піковим прискоренням і тривалістю ударного імпульсу. Величина пікового прискорення відображає величину сили удару, прикладеної до виробу, тоді як вплив тривалості ударного імпульсу на виріб пов’язаний із власною частотою виробу. пов'язані. Навантаження від механічного впливу, яке зазнають електронні вироби, виникає внаслідок різких змін у механічному стані електронного обладнання та обладнання, таких як екстрене гальмування та удари транспортних засобів, падіння з повітря та падіння літаків, запуск артилерійського вогню, вибухи хімічної енергії та ядерні вибухи, вибухи ракет тощо. Сильний механічний вплив, раптова сила або раптовий рух під час завантаження, розвантаження, транспортування або роботи на місці також призведуть до того, що виріб витримає механічний вплив. Випробування на механічний вплив можна використовувати для оцінки адаптивності електронних виробів (таких як структури схем) до одноразових механічних впливів під час використання та транспортування.

Напруга постійного прискорення (відцентрова сила) відноситься до відцентрової сили, що створюється безперервною зміною напрямку руху носія, коли електронні вироби працюють на рухомому носії. Відцентрова сила — це фактична сила інерції, яка утримує об’єкт, що обертається, віддалятися від центру обертання. Відцентрова сила дорівнює за величиною і протилежна за напрямком доцентровій силі. Як тільки доцентрова сила, утворена сумарною зовнішньою силою, яка вказує на центр кола, зникне, об’єкт, що обертається, більше не обертатиметься. Натомість в цей момент він вилітає по дотичній до траєкторії обертання, і в цей момент виріб пошкоджується. Величина відцентрової сили пов’язана з масою, швидкістю та прискоренням (радіусом обертання) рухомого об’єкта. Для електронних компонентів, які не міцно зварені, компоненти відлітають через від’єднання паяних з’єднань під дією відцентрової сили, що призводить до відльоту компонентів. Несправність продукту. Відцентрова сила, яку витримують електронні вироби, походить від безперервної зміни робочого стану електронного обладнання та обладнання в напрямку руху, наприклад зміни напрямку рухомих транспортних засобів, літаків, ракет і ракет тощо, що спричиняє електронне обладнання та внутрішні компоненти, щоб протистояти відцентровим силам, крім сили тяжіння. Його час дії коливається від кількох секунд до кількох хвилин, беручи приклади ракет і снарядів. Після завершення зміни напрямку відцентрова сила зникає, і відцентрова сила знову діє, коли напрямок знову змінюється, що може сформувати тривалу безперервну відцентрову силу. Міцність зварювальної структури електронних виробів, особливо великих компонентів поверхневого монтажу, можна оцінити за допомогою постійного прискорення (відцентрове випробування).

3. Вологий стрес

Вологий стрес означає вплив вологи, який витримують електронні вироби під час роботи в атмосферному середовищі з певною вологістю. Електронні вироби дуже чутливі до вологості. Коли відносна вологість навколишнього середовища перевищує 30% RH, металеві матеріали виробів можуть піддаватися корозії, а параметри електричних характеристик можуть відхилятися або перевищувати допуски. Наприклад, за умов тривалої високої вологості ізоляційні властивості ізоляційних матеріалів зменшаться після поглинання вологи, викликаючи коротке замикання або ураження електричним струмом високою напругою; для контактних електронних компонентів, таких як вилки, розетки тощо, коли волога прилипає до поверхні, легко виникає корозія та утворюється оксидна плівка. , в результаті чого опір контактного пристрою підвищується, а в важких випадках ланцюг блокується; у сильно вологому середовищі туман або водяна пара призведуть до появи іскор при спрацьовуванні контактів реле, і вони більше не зможуть працювати; напівпровідникові чіпи більш чутливі до водяної пари, і коли водяна пара з’являється на поверхні чіпа, якщо вона перевищує стандарт, корозія електропроводки Al стане надзвичайно швидкою; Щоб запобігти корозії електронних компонентів водяною парою, для ізоляції компонентів від зовнішньої атмосфери та забруднення використовується технологія капсулювання або герметичної упаковки. Вологість, яку витримують електронні вироби, виникає через водяну пару, прикріплену до поверхні матеріалів у робочому середовищі електронного обладнання та обладнання, і водяну пару, яка проникає в компоненти. Величина стресу вологи пов'язана з рівнем вологості навколишнього повітря. Південно-східні прибережні райони моєї країни є регіонами з високою вологістю. Особливо навесні та влітку відносна вологість досягає максимуму понад 90% RH. Вплив вологості є неминучою проблемою. Адаптованість електронних виробів для використання або зберігання в умовах високої вологості можна оцінити за допомогою випробувань на стійкість до вологого тепла та випробувань на вологостійкість.

4. Стрес від сольових бризок

Стрес від сольового туману стосується стресу від сольового туману, який витримує поверхня матеріалу, коли електронні вироби працюють в атмосферному середовищі дисперсії, що складається з крихітних крапельок, що містять сіль. Соляні бризки зазвичай походять із морського клімату та внутрішнього клімату солоних озер. Його основними компонентами є NaCl і водяна пара. Наявність іонів Na+ і Cl- є основною причиною корозії металевих матеріалів. Коли сольові бризки прилипають до поверхні ізолятора, його поверхневий опір зменшується. Після того, як ізолятор поглине розчин солі, його об’ємний опір зменшиться на 4 порядки. Коли сольовий бризок прилипає до поверхні рухомих механічних частин, утворення продуктів корозії збільшується. Якщо коефіцієнт тертя занадто великий, рухомі частини можуть навіть застрягти; хоча технологія інкапсуляції та герметичної упаковки використовується для запобігання корозії напівпровідникових мікросхем, зовнішні контакти електронних пристроїв неминуче часто втрачають свою функцію через корозію сольовими бризками; друк Корозія на друкованій платі може закоротити сусідню проводку. Стрес від соляних бризок, який зазнають електронні вироби, походить від солевмісного туману в атмосфері. У прибережних районах або на кораблях і військових кораблях атмосфера містить багато солі, що серйозно впливає на упаковку електронних компонентів. Пристосованість електронних блоків до сольового туману можна оцінити шляхом прискорення корозії за допомогою випробування сольовим туманом.

5. Електромагнітне напруження

Електромагнітне навантаження стосується електромагнітного навантаження, яке зазнають електронні вироби в електромагнітному полі, де електричне та магнітне поля взаємодіють між собою. Електромагнітне поле включає два аспекти: електричне поле та магнітне поле, характеристики яких представлені відповідно напруженістю електричного поля E (або електричним зміщенням D) та щільністю магнітного потоку B (або напруженістю магнітного поля H). В електромагнітному полі електричне та магнітне поля тісно пов’язані. Змінне в часі електричне поле викликає магнітне поле, а змінне в часі магнітне поле викликає електричне поле. Електричне та магнітне поля збуджують одне одного, змушуючи рух електромагнітного поля утворювати електромагнітні хвилі. Електромагнітні хвилі можуть самостійно поширюватися у вакуумі або речовині. Електричне та магнітне поля коливаються синфазно і перпендикулярні одне одному. Вони рухаються у вигляді хвиль у просторі. Рухоме електричне поле, магнітне поле та напрямок поширення перпендикулярні одне одному. Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі дорівнює швидкості світла ( 3×10^8м/с). Зазвичай електромагнітні хвилі, на яких фокусуються електромагнітні перешкоди, це радіохвилі та мікрохвилі. Чим вища частота електромагнітних хвиль, тим більша здатність електромагнітного випромінювання. Для електронних компонентів електромагнітні перешкоди (EMI) електромагнітного поля є основним фактором, що впливає на електромагнітну сумісність (EMC) компонента. Це джерело електромагнітних перешкод походить від взаємних перешкод між внутрішніми компонентами електронного компонента та перешкодами від зовнішнього електронного обладнання. Може мати серйозний вплив на продуктивність і функціональність електронних компонентів. Наприклад, якщо магнітні компоненти всередині модуля живлення DC/DC викликають електромагнітні перешкоди для електронних пристроїв, це безпосередньо вплине на параметри вихідної пульсації напруги; вплив радіочастотного випромінювання на електронні вироби безпосередньо потраплятиме у внутрішню схему через корпус виробу або перетворюватиметься на Проведене переслідування потрапляє в виріб. Здатність електронних компонентів проти електромагнітних перешкод можна оцінити за допомогою тестування на електромагнітну сумісність і сканування електромагнітного поля в ближньому полі.