Hlavné environmentálne stresy spôsobujúce zlyhanie elektronického produktu

Počas pracovného procesu elektronických výrobkov okrem elektrického namáhania, ako je napätie a prúd elektrických záťaží, environmentálne namáhanie zahŕňa aj vysoké teploty a teplotné cykly, mechanické vibrácie a nárazy, vlhkosť a soľný sprej, rušenie elektromagnetického poľa atď. vplyvom vyššie uvedeného environmentálneho stresu môžu produkty zaznamenať zhoršenie výkonu, posun parametrov, koróziu materiálu atď., alebo dokonca zlyhať.

Po výrobe elektronických produktov, od skríningu, inventára, prepravy až po používanie a údržbu, sú všetky ovplyvnené environmentálnym stresom, ktorý spôsobuje, že fyzikálne, chemické, mechanické a elektrické vlastnosti produktu sa neustále menia. Proces zmeny môže byť pomalý alebo pomalý. Prechodné, všetko závisí od typu environmentálneho stresu a veľkosti stresu.

1. Teplotný stres

Elektronické produkty vydržia teplotnú záťaž v akomkoľvek prostredí. Veľkosť teplotného namáhania závisí od typu prostredia, štruktúry produktu a pracovného stavu. Teplotný stres zahŕňa ustálený teplotný stres a meniaci sa teplotný stres.

Teplotný stres v ustálenom stave sa vzťahuje na teplotu odozvy elektronických produktov, keď sú prevádzkované alebo skladované v prostredí s určitou teplotou. Keď teplota odozvy prekročí limit, ktorý produkt vydrží, komponentný produkt nebude schopný pracovať v špecifikovanom rozsahu elektrických parametrov, čo môže spôsobiť zmäknutie a deformáciu materiálu produktu alebo zníženie izolačného výkonu alebo dokonca prehriatie. a spáliť. Produkt je v tomto čase vystavený vysokým teplotám. Prepätie a prepätie pri vysokej teplote môže spôsobiť zlyhanie produktu v krátkom časovom období; keď teplota odozvy nepresiahne špecifikovaný rozsah prevádzkových teplôt produktu, vplyv ustáleného teplotného namáhania sa prejaví dlhodobým účinkom a teplota Dlhodobé vplyvy spôsobia postupné starnutie materiálov produktu a elektrické výkonnostné parametre sa posúvajú alebo prekračujú tolerancie, čo prípadne vedie k zlyhaniu produktu. Pre produkt je teplotný stres, ktorý v tomto čase znáša, dlhodobý teplotný stres. Teplotné namáhanie v ustálenom stave, ktorému sú vystavené elektronické produkty, pochádza zo zaťaženia produktu okolitou teplotou a tepla generovaného jeho vlastnou spotrebou energie. Napríklad v dôsledku poruchy chladiaceho systému alebo úniku vysokoteplotného tepelného toku zo zariadenia teplota komponentu prekročí hornú hranicu prípustnej teploty a komponent odolá vysokým teplotám. Nadmerný stres; keď je teplota skladovacieho prostredia dlhodobo stabilná, výrobok je vystavený dlhodobému teplotnému stresu. Schopnosť limitu odolnosti elektronických produktov voči vysokej teplote sa dá určiť pomocou krokového testu pečenia pri vysokej teplote a životnosť elektronických produktov pracujúcich pri dlhodobých teplotách sa môže vyhodnotiť testom životnosti v ustálenom stave (zrýchlenie pri vysokej teplote).

Meniace sa teplotné namáhanie sa týka tepelného namáhania na rozhraní materiálu spôsobeného zmenami teploty, keď je elektronický produkt v meniacom sa teplotnom stave v dôsledku rozdielu koeficientov tepelnej rozťažnosti každého funkčného materiálu produktu. Keď sa teplota drasticky zmení, produkt môže na rozhraní materiálu prasknúť a zlyhať. V tomto čase je produkt vystavený nadmernému namáhaniu pri zmene teploty alebo teplotnému šoku; keď sa teplota mení relatívne pomaly, efekt meniaceho sa teplotného napätia sa prejavuje dlhodobo. Rozhranie materiálu naďalej odoláva tepelnému namáhaniu vznikajúcemu pri zmenách teploty a v lokálnych mikrooblastiach môže dôjsť k poškodeniu mikrotrhlinami. Toto poškodenie sa postupne hromadí, čo nakoniec vedie k prasknutiu alebo poškodeniu rozhrania materiálu produktu. V tomto čase je výrobok vystavený dlhodobým zmenám teploty. Stres alebo stres z teplotného cyklu. Meniace sa teplotné namáhanie elektronických produktov pochádza zo zmien teploty prostredia, v ktorom sa produkt nachádza, a z jeho vlastného spínacieho stavu. Napríklad pri prechode z teplého interiéru do chladného vonkajšieho prostredia, pri silnom slnečnom žiarení, náhlych dažďoch alebo ponorení do vody, rýchlych zmenách teploty lietadla zo zeme do vysokej nadmorskej výšky, prerušovanej práci v prostredí studenej zóny a pri pohľade na slnko. a protislnečné zmeny v priestore. Zmeny, spájkovanie pretavením a prepracovanie mikroobvodových modulov atď., výrobok je vystavený teplotnému šoku; periodické zmeny teploty prirodzeného podnebia, prerušované pracovné podmienky, zmeny v prevádzkovej teplote samotného systému zariadenia a zmeny v objeme hovorov komunikačných zariadení spôsobujú zariadenia Pri kolísaní spotreby energie je výrobok vystavený teplotnému cyklu. Test tepelného šoku sa môže použiť na vyhodnotenie odolnosti elektronických produktov voči náhlym zmenám teploty a test teplotného cyklu sa môže použiť na vyhodnotenie adaptability elektronických produktov na dlhodobú prevádzku pri striedaní podmienok vysokej a nízkej teploty.

2. Mechanické namáhanie

Mechanické namáhanie, ktorému elektronické výrobky podliehajú, zahŕňa mechanické vibrácie, mechanické otrasy a konštantné zrýchlenie (odstredivá sila).

Mechanické namáhanie vibráciami sa vzťahuje na mechanické namáhanie generované elektronickými výrobkami, ktoré sa vratne pohybujú okolo určitej rovnovážnej polohy pôsobením vonkajších síl prostredia. Mechanické vibrácie sa klasifikujú podľa príčiny ich vzniku na voľné vibrácie, vynútené vibrácie a samobudené vibrácie; podľa pravidiel pohybu mechanických vibrácií sa klasifikuje na sínusové vibrácie a náhodné vibrácie. Tieto dve formy vibrácií majú na produkty rôzne deštruktívne účinky. To druhé je deštruktívnejšie. Väčšie, takže väčšina hodnotení vibračných testov používa náhodné vibračné testy. Vplyv mechanických vibrácií na elektronické výrobky zahŕňa deformáciu, ohýbanie, praskliny, lomy atď. spôsobené vibráciami. Elektronické produkty, ktoré boli dlhodobo vystavené vibračnému namáhaniu, spôsobia prasknutie materiálov štrukturálneho rozhrania v dôsledku únavy a spôsobia zlyhanie mechanickej únavy; ak k tomu dôjde, rezonancia vedie k zlyhaniu praskania spôsobeného nadmerným napätím, čo spôsobuje okamžité štrukturálne poškodenie elektronických produktov. Mechanické vibračné namáhanie, ktoré elektronické výrobky znášajú, pochádza z mechanického zaťaženia pracovného prostredia, ako je rotácia, pulzácia, oscilácia a iné environmentálne mechanické zaťaženie lietadiel, vozidiel, lodí, leteckých dopravných prostriedkov a pozemných mechanických konštrukcií, najmä počas prepravy, keď výrobok nie je v prevádzkovom stave. A ako komponenty namontované vo vozidle alebo vo vzduchu sú počas prevádzky nevyhnutne vystavené mechanickému namáhaniu vibráciami. Prispôsobivosť elektronických výrobkov opakujúcim sa mechanickým vibráciám počas prevádzky môže byť vyhodnotená pomocou mechanických vibračných testov (najmä náhodných vibračných testov).

Mechanické namáhanie nárazom sa týka mechanického namáhania spôsobeného jednou priamou interakciou medzi elektronickým produktom a iným predmetom (alebo komponentom) pri pôsobení vonkajších síl prostredia, čo má za následok náhlu zmenu sily, posunu, rýchlosti alebo zrýchlenia produktu v okamih. Stres. Pri pôsobení mechanického namáhania nárazom môžu produkty uvoľniť a preniesť značnú energiu vo veľmi krátkom čase, čo spôsobí vážne poškodenie produktu, ako napríklad spôsobenie poruchy elektronických produktov, okamžité prerušenie/skrat a prasknutie a prasknutie montážna a baliaca štruktúra. počkaj. Na rozdiel od kumulatívneho poškodenia spôsobeného dlhodobými vibráciami je poškodenie výrobkov spôsobené mechanickým nárazom koncentrovaným uvoľňovaním energie. Preto je rozsah testu mechanického nárazu veľký a trvanie nárazového impulzu je krátke. Hlavná je maximálna hodnota poškodenia produktu. Trvanie impulzu je len niekoľko milisekúnd až desiatok milisekúnd a vibrácie po hlavnom impulze rýchlo ustupujú. Veľkosť tohto mechanického nárazového napätia je určená maximálnym zrýchlením a trvaním nárazového impulzu. Veľkosť maximálneho zrýchlenia odráža veľkosť nárazovej sily aplikovanej na výrobok, zatiaľ čo vplyv trvania nárazového impulzu na výrobok súvisí s prirodzenou frekvenciou výrobku. súvisiace. Mechanické nárazové namáhanie, ktorému sú vystavené elektronické výrobky, pochádza z drastických zmien mechanického stavu elektronických zariadení a zariadení, ako je núdzové brzdenie a náraz vozidiel, výsadky a havárie lietadiel, spustenie delostreleckej paľby, výbuchy chemickej energie a jadrové výbuchy, výbuchy rakiet atď. Silný mechanický náraz, náhla sila alebo náhly pohyb v dôsledku nakladania, vykladania, prepravy alebo prác na mieste tiež spôsobia, že výrobok odolá mechanickému nárazu. Skúšky mechanického nárazu možno použiť na vyhodnotenie prispôsobivosti elektronických produktov (ako sú obvodové štruktúry) na neopakujúce sa mechanické nárazy počas používania a prepravy.

Konštantné zrýchlenie (odstredivá sila) napätie sa týka odstredivej sily generovanej nepretržitou zmenou smeru pohybu nosiča, keď elektronické produkty pracujú na pohyblivom nosiči. Odstredivá sila je virtuálna zotrvačná sila, ktorá udržuje rotujúci objekt v pohybe preč od stredu rotácie. Odstredivá sila má rovnakú veľkosť a opačný smer ako dostredivá sila. Keď dostredivá sila tvorená čistou vonkajšou silou a smerujúca do stredu kruhu zmizne, rotujúci objekt sa už nebude otáčať. Namiesto toho v tomto momente vyletí v smere dotyčnice rotačnej trajektórie a výrobok je v tomto momente poškodený. Veľkosť odstredivej sily súvisí s hmotnosťou, rýchlosťou a zrýchlením (polomerom otáčania) pohybujúceho sa objektu. Pri elektronických súčiastkach, ktoré nie sú pevne zvarené, súčiastky odletia v dôsledku odlepenia spájkovaných spojov pôsobením odstredivej sily, čo spôsobí odlet súčiastok. Porucha produktu. Odstredivá sila, ktorú znášajú elektronické produkty, pochádza z neustále sa meniaceho prevádzkového stavu elektronických zariadení a zariadení v smere pohybu, ako sú zmeny smeru bežiacich vozidiel, lietadiel, rakiet a rakiet atď., čo spôsobuje elektronické zariadenia a vnútorné komponenty, aby odolali iným odstredivým silám ako gravitácii. Jeho akčný čas sa pohybuje od niekoľkých sekúnd do niekoľkých minút, pričom ako príklad berieme rakety a rakety. Po dokončení zmeny smeru odstredivá sila zmizne a pri opätovnej zmene smeru odstredivá sila opäť pôsobí, čo môže vytvárať dlhodobú nepretržitú odstredivú silu. Pevnosť zváracej štruktúry elektronických výrobkov, najmä veľkoobjemových komponentov na povrchovú montáž, sa môže hodnotiť testovaním konštantným zrýchlením (odstredivé testovanie).

3. Stres z vlhkosti

Namáhanie vlhkosťou sa vzťahuje na namáhanie vlhkosťou, ktoré elektronické výrobky znášajú pri práci v atmosférickom prostredí s určitou vlhkosťou. Elektronické výrobky sú veľmi citlivé na vlhkosť. Keď relatívna vlhkosť prostredia presiahne 30 % relatívnej vlhkosti, kovové materiály produktov môžu korodovať a parametre elektrického výkonu sa môžu posúvať alebo prekračovať tolerancie. Napríklad v podmienkach dlhodobej vysokej vlhkosti sa izolačný výkon izolačných materiálov po absorpcii vlhkosti zníži, čo spôsobí skraty alebo vysokonapäťové elektrické šoky; pri kontaktných elektronických súčiastkach, ako sú zástrčky, zásuvky atď., keď sa na povrchu prichytí vlhkosť, ľahko dôjde ku korózii a vytvorí sa oxidový film. , čo spôsobí zvýšenie odporu kontaktného zariadenia a v závažných prípadoch bude obvod zablokovaný; v silne vlhkom prostredí hmla alebo vodná para spôsobia, že pri činnosti kontaktov relé sa objavia iskry, ktoré už nebudú môcť fungovať; polovodičové čipy sú citlivejšie na vodnú paru a akonáhle sa vodná para objaví na povrchu čipu, ak prekročí normu, korózia Al vodičov bude extrémne rýchla; Aby sa zabránilo korózii elektronických komponentov vodnou parou, používa sa technológia zapuzdrenia alebo vzduchotesného balenia na izoláciu komponentov od vonkajšej atmosféry a znečistenia. Napätie spôsobené vlhkosťou elektronických produktov pochádza z vodnej pary prichytenej k povrchu materiálov v pracovnom prostredí elektronických zariadení a zariadení a vodnej pary, ktorá preniká do komponentov. Veľkosť vlhkostného napätia súvisí s úrovňou okolitej vlhkosti. Juhovýchodné pobrežné oblasti mojej krajiny sú oblasti s vysokou vlhkosťou. Najmä na jar a v lete dosahuje relatívna vlhkosť vzduchu maximálne viac ako 90%RH. Nevyhnutným problémom je vplyv vlhkosti. Prispôsobivosť elektronických produktov na použitie alebo skladovanie v podmienkach vysokej vlhkosti možno vyhodnotiť pomocou testov ustáleného vlhkého tepla a testov odolnosti voči vlhkosti.

4. Stres zo soľného postreku

Napätie v soľnej hmle sa vzťahuje na namáhanie v soľnej hmle, ktoré znáša povrch materiálu, keď elektronické produkty pracujú v atmosférickom disperznom prostredí zloženom z drobných kvapôčok obsahujúcich soľ. Soľný sprej vo všeobecnosti pochádza z morského klimatického prostredia az prostredia vnútrozemského slaného jazera. Jeho hlavnými zložkami sú NaCl a vodná para. Prítomnosť iónov Na+ a Cl- je základnou príčinou korózie kovových materiálov. Keď soľný sprej priľne na povrch izolátora, jeho povrchový odpor sa zníži. Potom, čo izolant absorbuje soľný roztok, jeho objemový odpor sa zníži o 4 rády. Keď soľný sprej priľne na povrch pohyblivých mechanických častí, zvyšuje sa produkcia produktov korózie. Ak je koeficient trenia príliš veľký, pohyblivé časti môžu dokonca uviaznuť; hoci sa používa technológia zapuzdrenia a vzduchotesného balenia, aby sa zabránilo korózii polovodičových čipov, externé kolíky elektronických zariadení nevyhnutne často strácajú svoju funkciu v dôsledku korózie v soľnej hmle; tlač Korózia na doske plošných spojov môže spôsobiť skrat priľahlých káblov. Stres zo soľnej hmly, ktorý elektronické produkty nesú, pochádza z hmly obsahujúcej soľ v atmosférickom prostredí. V pobrežných oblastiach alebo na lodiach a vojnových lodiach obsahuje atmosféra veľa soli, čo má vážny vplyv na balenie elektronických súčiastok. Adaptabilita elektronických obalov na soľnú hmlu sa dá vyhodnotiť urýchlením korózie pomocou testu v soľnej hmle.

5. Elektromagnetické napätie

Elektromagnetické napätie sa vzťahuje na elektromagnetické napätie, ktoré elektronické výrobky znášajú v elektromagnetickom poli, kde sa elektrické pole a magnetické pole vzájomne menia. Elektromagnetické pole zahŕňa dva aspekty: elektrické pole a magnetické pole, ktorých charakteristiky sú reprezentované intenzitou elektrického poľa E (alebo elektrickým posunom D) a hustotou magnetického toku B (alebo intenzitou magnetického poľa H). V elektromagnetickom poli spolu elektrické pole a magnetické pole úzko súvisia. Časovo premenné elektrické pole spôsobí magnetické pole a časovo premenné magnetické pole spôsobí elektrické pole. Elektrické pole a magnetické pole sa navzájom vzrušujú, čo spôsobuje, že pohyb elektromagnetického poľa vytvára elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny sa môžu šíriť vo vákuu alebo hmote. Elektrické a magnetické pole oscilujú vo fáze a sú na seba kolmé. Pohybujú sa vo forme vĺn v priestore. Pohybujúce sa elektrické pole, magnetické pole a smer šírenia sú na seba kolmé. Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu je rýchlosť svetla (3×10^8m/s). Zvyčajne elektromagnetické vlny, na ktoré sa zameriava elektromagnetické rušenie, sú rádiové vlny a mikrovlny. Čím vyššia je frekvencia elektromagnetických vĺn, tým väčšia je schopnosť elektromagnetického žiarenia. Pri produktoch elektronických súčiastok je hlavným faktorom ovplyvňujúcim elektromagnetickú kompatibilitu (EMC) súčiastky elektromagnetické rušenie (EMI) elektromagnetického poľa. Tento zdroj elektromagnetického rušenia pochádza zo vzájomného rušenia medzi vnútornými komponentmi elektronického komponentu a rušenia z externých elektronických zariadení. Môže mať vážny vplyv na výkon a funkčnosť elektronických komponentov. Napríklad, ak magnetické komponenty vo vnútri DC/DC napájacieho modulu spôsobujú elektromagnetické rušenie elektronických zariadení, bude to priamo ovplyvňovať parametre výstupného zvlnenia napätia; Vplyv rádiofrekvenčného žiarenia na elektronické produkty sa dostane priamo do vnútorného obvodu cez obal produktu alebo sa zmení na Prevádzané obťažovanie vstupuje do produktu. Schopnosť elektronických komponentov proti elektromagnetickej interferencii sa dá vyhodnotiť testovaním elektromagnetickej kompatibility a testovaním skenovania elektromagnetického poľa v blízkom poli.