Az elektronikai termék meghibásodását okozó fő környezeti stresszek

Az elektronikai termékek munkafolyamatai során az elektromos igénybevételek, például az elektromos terhelések feszültsége és árama mellett a környezeti igénybevételek közé tartoznak a magas hőmérsékleti és hőmérsékleti ciklusok, a mechanikai rezgések és ütések, a nedvesség és a sópermet, az elektromágneses tér interferenciája stb. A fenti környezeti igénybevétel hatására a termékek teljesítményromlást, paramétereltolódást, anyagkorróziót stb. tapasztalhatnak, vagy akár meghibásodhatnak is.

Az elektronikai termékek gyártása után az átvizsgáláson, a leltáron, a szállításon át a használatig és karbantartásig mindet érinti a környezeti igénybevétel, aminek következtében a termék fizikai, kémiai, mechanikai és elektromos tulajdonságai folyamatosan változnak. A változási folyamat lehet lassú vagy lassú. Átmeneti, minden a környezeti stressz típusától és a stressz mértékétől függ.

1. Hőmérsékleti stressz

Az elektronikai termékek bármilyen környezetben ellenállnak a hőmérsékleti igénybevételnek. A hőmérsékleti feszültség nagysága a környezet típusától, a termék szerkezetétől és az üzemállapottól függ. A hőmérsékleti feszültség magában foglalja az állandósult hőmérsékleti feszültséget és a változó hőmérsékleti feszültséget.

Az állandósult hőmérsékleti feszültség az elektronikus termékek reakcióhőmérsékletére utal, amikor azokat meghatározott hőmérsékleti környezetben üzemeltetik vagy tárolják. Ha a reakcióhőmérséklet meghaladja a termék által elviselhető határértéket, az alkatrésztermék nem tud a megadott elektromos paraméter-tartományon belül működni, ami a termék anyagának meglágyulását és deformálódását, illetve a szigetelési teljesítmény csökkenését vagy akár túlmelegedését okozhatja. és éget. A termék ebben az időben magas hőmérsékletnek van kitéve. A túlfeszültség és a magas hőmérsékletű túlfeszültség rövid időn belül a termék meghibásodását okozhatja; ha a reakcióhőmérséklet nem haladja meg a termék meghatározott üzemi hőmérsékleti tartományát, az állandósult hőmérsékleti feszültség hatása a hosszú távú hatásban nyilvánul meg, és a hőmérséklet A hosszú távú hatások a termék anyagainak fokozatos öregedését és az elektromos teljesítményparaméterek eltolódása vagy túllépése a tűréshatárokon, ami végül a termék meghibásodásához vezet. A termék esetében az ilyenkor elviselt hőmérsékleti feszültség hosszú távú hőmérsékleti stressz. Az elektronikai termékek által tapasztalt állandósult hőmérsékleti feszültség a termék környezeti hőmérsékleti terheléséből és a saját energiafogyasztása által termelt hőből adódik. Például a hűtőrendszer meghibásodása vagy a berendezésből a magas hőmérsékletű hőáram szivárgása miatt az alkatrész hőmérséklete meghaladja a megengedett hőmérséklet felső határát, és az alkatrész ellenáll a magas hőmérsékletnek. Túlzott stressz; Ha a tárolási környezet hőmérséklete hosszú ideig stabil, a termék hosszú távú hőmérsékleti feszültségnek van kitéve. Az elektronikai termékek magas hőmérséklet-ellenállási határképessége a lépéses magas hőmérsékletű sütési teszttel, a hosszú távú hőmérsékleten működő elektronikai termékek élettartama pedig az állandósult állapotú élettartam teszttel (magas hőmérsékletű gyorsítás) értékelhető.

A változó hőmérsékleti feszültség az anyag határfelületén fellépő hőfeszültségre utal, amelyet a hőmérséklet-változások okoznak, amikor egy elektronikai termék változó hőmérsékleti állapotban van a termék egyes funkcionális anyagainak hőtágulási együtthatóinak különbsége miatt. Ha a hőmérséklet drasztikusan megváltozik, a termék szétrepedhet az anyag határfelületén, és meghibásodhat. Ekkor a termék hőmérséklet-változási túlfeszültségnek vagy hőmérsékleti sokkfeszültségnek van kitéve; amikor a hőmérséklet viszonylag lassan változik, a változó hőmérsékleti feszültség hatása hosszú távúként jelentkezik. Az anyagfelület továbbra is ellenáll a hőmérsékletváltozások hatására keletkező hőterhelésnek, a helyi mikroterületeken mikrorepedések károsodása léphet fel. Ez a sérülés fokozatosan felhalmozódik, ami végül repedéshez vagy a termék anyagfelületének sérüléséhez vezet. Ekkor a termék hosszú távú hőmérséklet-változásoknak van kitéve. Stressz vagy hőmérsékleti ciklus stressz. Az elektronikai termékek által tapasztalt változó hőmérsékleti feszültség a környezet hőmérsékletének változásaiból, amelyben a termék található, és saját kapcsolási állapotából származik. Például, amikor meleg beltérből hideg kültérbe költözik, erős napsugárzás, hirtelen eső vagy vízbe merülés, a repülőgép gyors hőmérséklet-változása a talajról nagy magasságba, szakaszos munkavégzés hideg zónában, és a nap felé néz. és a vissza-nap változásai a térben. Változások, újrafolyó forrasztás és mikroáramköri modulok utómunkálata stb., a termék hőmérsékleti sokkhatásnak van kitéve; a természetes klímahőmérséklet időszakos változásai, időszakos munkakörülmények, magának a berendezésrendszernek az üzemi hőmérsékletének változásai és a kommunikációs berendezések hívási mennyiségének változása okozza a berendezést. Az energiafogyasztás ingadozása esetén a termék hőmérsékleti ciklusterhelésnek van kitéve. A hősokk-teszt felhasználható az elektronikai termékek hirtelen hőmérséklet-változásokkal szembeni ellenállásának értékelésére, a hőmérsékleti ciklusteszt pedig arra, hogy értékelje az elektronikai termékek alkalmazkodóképességét a hosszú távú működéshez váltakozó magas és alacsony hőmérsékleti körülmények között.

2. Mechanikai igénybevétel

Az elektronikai termékek által elviselt mechanikai igénybevételek közé tartozik a mechanikai rezgés, a mechanikai ütés és az állandó gyorsulás (centrifugális erő).

A mechanikai rezgésterhelés olyan mechanikai feszültséget jelent, amelyet az elektronikai termékek generálnak, amelyek külső környezeti erők hatására egy bizonyos egyensúlyi helyzet körül oda-vissza mozognak. A mechanikai vibrációt keletkezésének oka szerint szabad rezgésre, kényszerrezgésre és öngerjesztett rezgésre osztják; a mechanikai rezgés mozgási szabályai szerint szinuszos rezgésbe és véletlenszerű rezgésbe sorolják. Ez a két rezgésforma különböző romboló ereje van a termékeknek. Ez utóbbi pusztítóbb. Nagyobb, így a legtöbb rezgésvizsgálati értékelés véletlenszerű rezgésvizsgálatokat alkalmaz. A mechanikai vibráció elektronikai termékekre gyakorolt ​​hatása magában foglalja a vibráció által okozott deformációt, hajlítást, repedéseket, töréseket stb. Az olyan elektronikai termékek, amelyek hosszú ideig rezgési igénybevételnek vannak kitéve, a szerkezeti interfész anyagok kifáradás miatt megrepednek, és mechanikai kifáradási hibákat okoznak; Ha ez megtörténik, a rezonancia túlfeszültség-repedés meghibásodásához vezet, ami azonnali szerkezeti károsodást okoz az elektronikai termékekben. Az elektronikai termékek által viselt mechanikai rezgésterhelés a munkakörnyezet mechanikai terheléseiből ered, mint például a légi járművek, járművek, hajók, légi járművek és földi mechanikai szerkezetek forgása, lüktetése, rezgése és egyéb környezeti mechanikai terhelései, különösen a szállítás során, amikor a termék nincs működőképes állapotban. És mint járműre szerelt vagy levegőben szállított alkatrészek, működés közben elkerülhetetlenül mechanikai rezgésterhelésnek vannak kitéve. Az elektronikai termékek működés közbeni ismétlődő mechanikai rezgésekhez való alkalmazkodóképessége mechanikai vibrációs tesztekkel (különösen véletlenszerű rezgésvizsgálatokkal) értékelhető.

A mechanikai ütési igénybevétel olyan mechanikai igénybevételt jelent, amelyet egy elektronikus termék és egy másik tárgy (vagy alkatrész) egyetlen közvetlen kölcsönhatása okoz külső környezeti erők hatására, és amely a termék hirtelen erő-, elmozdulását, sebességét vagy gyorsulását eredményezi. egy pillanat. Feszültség. Mechanikai ütési igénybevétel hatására a termékek nagyon rövid időn belül jelentős energiát szabadíthatnak fel és továbbíthatnak, ami komoly károkat okozhat a termékben, például az elektronikai termékek meghibásodását, azonnali szakadást/rövidzárlatot, valamint a készülék megrepedését és törését okozhatja. összeszerelési és csomagolási szerkezet. várjon. A hosszan tartó vibráció okozta halmozott károsodástól eltérően a termékek mechanikai hatás által okozott károsodása koncentrált energiafelszabadulás. Ezért a mechanikai ütésvizsgálat nagysága nagy, és az ütközési impulzus időtartama rövid. A termékkárosodás csúcsértéke a fő Az impulzus időtartama mindössze néhány milliszekundum-tíz ezredmásodperc, és a fő impulzus utáni rezgés gyorsan lecseng. Ennek a mechanikai ütési igénybevételnek a nagyságát a gyorsulás csúcsa és az ütközési impulzus időtartama határozza meg. A csúcsgyorsulás nagysága a termékre kifejtett ütési erő nagyságát tükrözi, míg az ütközési impulzus időtartamának a termékre gyakorolt ​​hatása a termék természetes frekvenciájához kapcsolódik. összefüggő. Az elektronikai termékek által elviselt mechanikai ütési igénybevétel az elektronikus berendezések és berendezések mechanikai állapotának drasztikus változásaiból ered, mint például a járművek vészfékezése és ütközése, repülőgépek leejtése és lezuhanása, tüzérségi tűz kilövése, vegyi energiájú robbanások és nukleáris robbanások, rakétarobbanások stb. Erős mechanikai behatások, hirtelen erőhatások vagy hirtelen mozgások berakodás, kirakodás, szállítás vagy helyszíni munkák következtében szintén ellenállnak a mechanikai hatásoknak. A mechanikai ütési tesztek segítségével értékelhető az elektronikai termékek (például áramköri szerkezetek) alkalmazkodóképessége a használat és szállítás során bekövetkező nem ismétlődő mechanikai hatásokhoz.

Az állandó gyorsulási (centrifugális erő) feszültség olyan centrifugális erőt jelent, amelyet a hordozó mozgási irányának folyamatos változása generál, amikor az elektronikai termékek mozgó hordozón dolgoznak. A centrifugális erő egy virtuális tehetetlenségi erő, amely a forgó tárgyat távol tartja a forgás középpontjától. A centrifugális erő mérete megegyezik a centripetális erővel, és ellentétes irányú. Miután a nettó külső erő által alkotott, a kör közepére mutató centripetális erő eltűnik, a forgó tárgy már nem fog forogni. Ehelyett ebben a pillanatban a forgási pálya érintő iránya mentén kirepül, és a termék ebben a pillanatban megsérül. A centrifugális erő nagysága összefügg a mozgó tárgy tömegével, sebességével és gyorsulásával (forgási sugarával). A nem szilárdan hegesztett elektronikus alkatrészeknél az alkatrészek a forrasztási kötések centrifugális erő hatására bekövetkező leválása miatt elrepülnek, és az alkatrészek elrepülnek. Termékhiba. Az elektronikai termékek által elviselt centrifugális erő az elektronikai berendezések, berendezések mozgásirányban folyamatosan változó működési állapotából adódik, mint például futó járművek, repülőgépek, rakéták, rakéták stb. irányváltásai, ami az elektronikai berendezéseket és a belső berendezéseket okozza. olyan alkatrészeket, amelyek ellenállnak a gravitáción kívüli centrifugális erőknek. Működési ideje néhány másodperctől néhány percig terjed, példaként a rakétákat és a rakétákat. Az irányváltoztatás befejeztével a centrifugális erő eltűnik, és az irányváltoztatás után ismét hat a centrifugális erő, amely hosszú távú folyamatos centrifugális erőt képezhet. Az elektronikai termékek, különösen a nagy térfogatú felületre szerelhető alkatrészek hegesztési szerkezetének szilárdsága állandó gyorsítási vizsgálattal (centrifugális vizsgálat) értékelhető.

3. Nedvességterhelés

A nedvességterhelés azt a nedvességterhelést jelenti, amelyet az elektronikai termékek elviselnek, amikor bizonyos páratartalmú légköri környezetben dolgoznak. Az elektronikai termékek nagyon érzékenyek a nedvességre. Ha a környezet relatív páratartalma meghaladja a 30%-os relatív páratartalmat, a termékek fémanyagai korrodálódhatnak, és az elektromos teljesítmény paraméterei eltolódnak vagy meghaladhatják a tűréshatárokat. Például hosszú távú magas páratartalmú körülmények között a szigetelőanyagok szigetelési teljesítménye csökken a nedvesség felszívása után, ami rövidzárlatot vagy nagyfeszültségű áramütést okoz; érintkező elektronikai alkatrészeknél, mint például dugók, aljzatok stb., ha nedvesség tapad a felületre, könnyen korrózió lép fel, és oxidfilm képződik. , ami az érintkező eszköz ellenállásának növekedését okozza, és súlyos esetekben az áramkör blokkolódik; erősen párás környezetben a köd vagy vízgőz szikraképződést okoz, amikor a reléérintkezők működnek, és ezek a továbbiakban nem működnek; a félvezető chipek érzékenyebbek a vízgőzre, és ha vízgőz lép fel a lapka felületén Ha meghaladja a szabványt, az Al vezetékek korróziója rendkívül gyors lesz; az elektronikus alkatrészek vízgőz általi korrodálódásának megelőzése érdekében kapszulázási vagy légmentes csomagolási technológiát alkalmaznak az alkatrészek külső atmoszférától és szennyeződéstől való elkülönítésére. Az elektronikai termékek által elviselt nedvességterhelés az elektronikai berendezések és berendezések munkakörnyezetében az anyagok felületére tapadt vízgőzből és az alkatrészekbe behatoló vízgőzből származik. A nedvességterhelés nagysága összefügg a környezet páratartalmával. Hazám délkeleti tengerparti területei magas páratartalmú területek. Különösen tavasszal és nyáron a relatív páratartalom eléri a maximum 90% relatív páratartalmat. A páratartalom hatása elkerülhetetlen probléma. Az elektronikai termékek alkalmazkodóképessége magas páratartalmú körülmények között történő használatra vagy tárolásra állandósult állapotú nedves hőtesztekkel és nedvességállósági tesztekkel értékelhető.

4. Sópermet stressz

A sópermet feszültség arra a sópermet feszültségre utal, amelyet az anyag felülete elvisel, amikor az elektronikai termékek sótartalmú apró cseppekből álló atmoszférikus diszperziós környezetben működnek. A sópermet általában a tengeri éghajlati környezetből és a szárazföldi sóstó éghajlati környezetből származik. Fő összetevői a NaCl és a vízgőz. A fémanyagok korróziójának alapvető oka a Na+ és Cl- ionok jelenléte. Ha a sópermet a szigetelő felületére tapad, a felületi ellenállása csökken. Miután a szigetelő felszívja a sóoldatot, térfogati ellenállása 4 nagyságrenddel csökken. Amikor a sópermet a mozgó mechanikai alkatrészek felületére tapad, megnő a korróziós termékek termelése. Ha a súrlódási tényező túl nagy, a mozgó alkatrészek akár elakadhatnak; bár a kapszulázási és légmentes csomagolási technológiát alkalmazzák a félvezető chipek korróziójának elkerülése érdekében, az elektronikus eszközök külső érintkezői elkerülhetetlenül gyakran elveszítik funkciójukat a sópermetes korrózió miatt; nyomtatás A NYÁK-on lévő korrózió rövidre zárhatja a szomszédos vezetékeket. Az elektronikai termékek által elviselt sópermet stressz a légköri környezetben lévő sótartalmú ködből származik. A tengerparti területeken vagy a hajókon és hadihajókon a légkör sok sót tartalmaz, ami komoly hatással van az elektronikai alkatrészek csomagolására. Az elektronikus csomagok sópermethez való alkalmazkodóképessége a korrózió gyorsításával sópermet-teszttel értékelhető.

5. Elektromágneses feszültség

Az elektromágneses feszültség az az elektromágneses feszültség, amelyet az elektronikai termékek az elektromágneses térben viselnek, ahol az elektromos tér és a mágneses tér interaktív módon változik. Az elektromágneses tér két aspektust foglal magában: elektromos mezőt és mágneses mezőt, amelyek jellemzőit az E elektromos térintenzitás (vagy D elektromos elmozdulás) és a B mágneses fluxussűrűség (vagy H mágneses tér intenzitása) képviseli. Az elektromágneses térben az elektromos tér és a mágneses tér szorosan összefügg. Az időben változó elektromos tér mágneses mezőt, az időben változó mágneses mező elektromos mezőt okoz. Az elektromos tér és a mágneses tér gerjeszti egymást, aminek következtében az elektromágneses tér mozgása elektromágneses hullámokat hoz létre. Az elektromágneses hullámok önterjedhetnek vákuumban vagy anyagban. Az elektromos tér és a mágneses tér fázisban oszcillál, és merőlegesek egymásra. Hullámok formájában mozognak a térben. A mozgó elektromos tér, a mágneses tér és a terjedési irány merőleges egymásra. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége vákuumban a fény sebessége (3×10^8m/s). Általában azok az elektromágneses hullámok, amelyekre az elektromágneses interferencia fókuszál, rádióhullámok és mikrohullámú hullámok. Minél nagyobb az elektromágneses hullámok frekvenciája, annál nagyobb az elektromágneses sugárzási képesség. Az elektronikus alkatrészek esetében az elektromágneses tér elektromágneses interferencia (EMI) a fő tényező, amely befolyásolja az alkatrész elektromágneses kompatibilitását (EMC). Ez az elektromágneses interferencia forrása az elektronikus alkatrész belső alkatrészei közötti kölcsönös interferencia és a külső elektronikus berendezések által okozott interferencia. Komoly hatással lehet az elektronikus alkatrészek teljesítményére és működésére. Például, ha a DC/DC tápmodulban található mágneses alkatrészek elektromágneses interferenciát okoznak az elektronikus eszközökben, az közvetlenül befolyásolja a kimeneti hullámfeszültség paramétereit; a rádiófrekvenciás sugárzás elektronikai termékekre gyakorolt ​​hatása közvetlenül a termék héján keresztül jut be a belső áramkörbe, vagy átalakul zaklatássá. Az elektronikus alkatrészek anti-elektromágneses interferencia-képessége elektromágneses kompatibilitási vizsgálattal és elektromágneses térközeli pásztázó teszttel értékelhető.