Glavne okoljske obremenitve, ki povzročajo okvaro elektronskih izdelkov

Med delovnim procesom elektronskih izdelkov poleg električnih obremenitev, kot sta napetost in tok električnih bremen, obremenitve iz okolja vključujejo tudi visoke temperature in temperaturne cikle, mehanske vibracije in udarce, vlago in slani prš, motnje elektromagnetnega polja itd. zaradi zgoraj navedenega okoljskega stresa, lahko pride do poslabšanja delovanja izdelkov, premikanja parametrov, korozije materiala itd. ali celo odpovedi.

Po izdelavi elektronskih izdelkov, od pregleda, popisa, transporta do uporabe in vzdrževanja, na vse vpliva okoljski stres, zaradi česar se fizikalne, kemične, mehanske in električne lastnosti izdelka nenehno spreminjajo. Proces spreminjanja je lahko počasen oz. Prehodno, vse je odvisno od vrste okoljskega stresa in velikosti stresa.

1. Temperaturni stres

Elektronski izdelki bodo vzdržali temperaturne obremenitve v katerem koli okolju. Velikost temperaturne obremenitve je odvisna od vrste okolja, strukture izdelka in delovnega stanja. Temperaturna obremenitev vključuje temperaturno obremenitev v stabilnem stanju in temperaturno obremenitev, ki se spreminja.

Temperaturni stres v stanju dinamičnega ravnovesja se nanaša na temperaturo odziva elektronskih izdelkov, ko ti delujejo ali so shranjeni v okolju z določeno temperaturo. Ko odzivna temperatura preseže mejo, ki jo izdelek lahko prenese, sestavni del izdelka ne bo mogel delovati v določenem območju električnih parametrov, kar lahko povzroči, da se material izdelka zmehča in deformira, ali da se izolacijska učinkovitost zmanjša ali celo pregreje. in gorijo. Izdelek je v tem času izpostavljen visokim temperaturam. Preobremenitev in preobremenitev pri visoki temperaturi lahko povzročita okvaro izdelka v kratkem času; ko odzivna temperatura ne preseže določenega razpona delovne temperature izdelka, se učinek temperaturne obremenitve v stanju dinamičnega ravnovesja kaže v dolgoročnem učinku in temperatura. Dolgoročni učinki bodo povzročili postopno staranje materialov izdelka in električno parametrov zmogljivosti premakniti ali preseči tolerance, kar sčasoma povzroči okvaro izdelka. Za izdelek je temperaturna obremenitev, ki jo prenaša v tem času, dolgotrajna temperaturna obremenitev. Temperaturna obremenitev v stanju dinamičnega ravnovesja, ki jo doživljajo elektronski izdelki, izvira iz temperaturne obremenitve okolja izdelka in toplote, ki nastane zaradi lastne porabe energije. Na primer, zaradi okvare hladilnega sistema ali visokotemperaturnega uhajanja toplotnega toka iz opreme bo temperatura komponente presegla zgornjo mejo dovoljene temperature in komponenta bo vzdržala visoke temperature. Prekomerni stres; ko je temperatura okolja shranjevanja dlje časa stabilna, je izdelek izpostavljen dolgotrajnemu temperaturnemu stresu. Zmogljivost mejne odpornosti na visoke temperature elektronskih izdelkov je mogoče določiti s postopnim visokotemperaturnim testom pečenja, življenjsko dobo elektronskih izdelkov, ki delujejo pri dolgotrajnih temperaturah, pa je mogoče oceniti s preskusom življenjske dobe v stanju dinamičnega ravnovesja (pospešek pri visoki temperaturi).

Spreminjajoča se temperaturna obremenitev se nanaša na toplotno obremenitev na vmesniku materiala, ki jo povzročijo temperaturne spremembe, ko je elektronski izdelek v spreminjajočem se temperaturnem stanju zaradi razlike v koeficientu toplotnega raztezanja vsakega funkcionalnega materiala izdelka. Ko se temperatura drastično spremeni, lahko izdelek poči na meji materiala in odpove. V tem času je izdelek izpostavljen preobremenitvi zaradi spremembe temperature ali obremenitvi zaradi temperaturnega šoka; ko se temperatura spreminja sorazmerno počasi, se učinek spreminjajoče se temperaturne obremenitve kaže kot dolgoročna. Vmesna ploskev materiala še naprej vzdrži toplotno obremenitev, ki nastane pri temperaturnih spremembah, in na lokalnih mikroobmočjih lahko pride do poškodb zaradi mikrorazpok. Ta poškodba se postopoma kopiči in sčasoma povzroči razpoke ali poškodbe vmesnika materiala izdelka. V tem času je izdelek izpostavljen dolgotrajnim temperaturnim spremembam. Stres ali temperaturni cikel stresa. Spreminjajoča se temperaturna obremenitev, ki jo doživljajo elektronski izdelki, izvira iz temperaturnih sprememb okolja, v katerem je izdelek, in njegovega lastnega preklopnega stanja. Na primer, ko se premikate iz toplega notranjega v hladno zunanje prostore, pod močnim sončnim sevanjem, nenadnim dežjem ali potopitvijo v vodo, hitrimi temperaturnimi spremembami letala od tal do velike nadmorske višine, občasnim delom v okoljih hladnih območij in obrnjenim proti soncu in povratno-sončne spremembe v prostoru. Spremembe, reflow spajkanje in predelava modulov mikrovezja itd., je izdelek izpostavljen temperaturnemu šoku; občasne spremembe v naravni podnebni temperaturi, občasni delovni pogoji, spremembe v delovni temperaturi samega sistema opreme in spremembe v glasnosti klica komunikacijske opreme povzročajo, da oprema Ko poraba energije niha, je izdelek izpostavljen obremenitvi temperaturnega cikla. Preskus termičnega šoka se lahko uporabi za oceno odpornosti elektronskih izdelkov na nenadne spremembe temperature, preskus temperaturnega cikla pa se lahko uporabi za oceno prilagodljivosti elektronskih izdelkov na dolgotrajno delovanje v izmeničnih pogojih visoke in nizke temperature.

2. Mehanska obremenitev

Mehanske obremenitve, ki jih prenašajo elektronski izdelki, vključujejo mehanske vibracije, mehanske udarce in stalen pospešek (centrifugalna sila).

Mehanska vibracijska obremenitev se nanaša na mehansko obremenitev, ki jo ustvarijo elektronski izdelki, ki se gibljejo okoli določenega ravnotežnega položaja pod delovanjem zunanjih okoljskih sil. Mehanske vibracije so glede na vzrok njihovega nastanka razvrščene v proste vibracije, prisilne vibracije in samovzburjene vibracije; glede na pravila gibanja mehanskih vibracij je razvrščena v sinusne vibracije in naključne vibracije. Ti dve obliki vibracij imata različno uničevalno moč na izdelkih. Slednji je bolj uničujoč. Večje, zato večina ocen preskusov vibracij vključuje naključne preskuse vibracij. Vpliv mehanskih vibracij na elektronske izdelke vključuje deformacijo, upogibanje, razpoke, zlome itd., ki jih povzročajo vibracije. Elektronski izdelki, ki so bili dolgo časa izpostavljeni vibracijskim obremenitvam, bodo zaradi utrujenosti povzročili pokanje materialov strukturnega vmesnika in povzročilo mehansko odpoved zaradi utrujenosti; če se to zgodi, resonanca povzroči razpoke zaradi prevelike napetosti, kar povzroči takojšnjo strukturno poškodbo elektronskih izdelkov. Mehanska vibracijska obremenitev, ki jo prenašajo elektronski izdelki, izvira iz mehanskih obremenitev delovnega okolja, kot so vrtenje, pulziranje, nihanje in druge okoljske mehanske obremenitve letal, vozil, ladij, zračnih vozil in zemeljskih mehanskih struktur, zlasti med transportom, ko izdelek ni v delovnem stanju. In kot komponente, nameščene v vozilu ali v zraku, so med delovanjem neizogibno izpostavljene mehanskim vibracijam. Prilagodljivost elektronskih izdelkov na ponavljajoče se mehanske vibracije med delovanjem je mogoče ovrednotiti s preskusi mehanskih vibracij (zlasti z naključnimi preskusi vibracij).

Mehanska udarna obremenitev se nanaša na mehansko obremenitev, ki jo povzroči ena sama neposredna interakcija med elektronskim izdelkom in drugim predmetom (ali komponento) pod delovanjem zunanjih okoljskih sil, kar povzroči nenadno spremembo sile, premika, hitrosti ali pospeška izdelka v trenutek. stres. Pod delovanjem mehanske udarne obremenitve lahko izdelki sprostijo in prenesejo veliko energije v zelo kratkem času, kar povzroči resno škodo na izdelku, na primer povzroči okvaro elektronskih izdelkov, takojšen odprt/kratek stik ter pokanje in zlom montažna in embalažna struktura. čakati. Za razliko od kumulativne škode, ki jo povzročijo dolgotrajne vibracije, je škoda na izdelkih, ki jo povzroči mehanski vpliv, koncentrirano sproščanje energije. Zato je obseg preskusa mehanskega udarca velik in trajanje udarnega impulza kratko. Najvišja vrednost poškodbe izdelka je glavna. Trajanje impulza je le nekaj milisekund do deset milisekund, vibracije po glavnem impulzu pa hitro upadejo. Velikost te mehanske udarne napetosti je določena z največjim pospeškom in trajanjem udarnega impulza. Velikost najvišjega pospeška odraža velikost udarne sile, ki deluje na izdelek, medtem ko je vpliv trajanja udarnega impulza na izdelek povezan z lastno frekvenco izdelka. povezane. Obremenitev zaradi mehanskega udarca, ki jo prenašajo elektronski izdelki, izhaja iz drastičnih sprememb v mehanskem stanju elektronske opreme in opreme, kot so zaviranje v sili in udarci vozil, padci iz zraka in strmoglavljenja letal, izstrelitev topniškega ognja, eksplozije kemične energije in jedrske eksplozije, eksplozije izstrelkov itd. Močan mehanski vpliv, nenadna sila ali nenaden premik zaradi nakladanja, razkladanja, prevoza ali dela na kraju samem povzroči, da izdelek prenese mehanske udarce. Preizkuse mehanskih udarcev je mogoče uporabiti za oceno prilagodljivosti elektronskih izdelkov (kot so strukture vezij) na neponavljajoče se mehanske udarce med uporabo in prevozom.

Napetost pri stalnem pospešku (centrifugalna sila) se nanaša na centrifugalno silo, ki nastane zaradi nenehnega spreminjanja smeri gibanja nosilca, ko elektronski izdelki delujejo na premikajočem se nosilcu. Centrifugalna sila je navidezna vztrajnostna sila, zaradi katere se vrteči se predmet premika stran od središča vrtenja. Centrifugalna sila je enaka po velikosti in nasprotno usmerjena kot centripetalna sila. Ko centripetalna sila, ki jo tvori neto zunanja sila in kaže na središče kroga, izgine, se vrteči se predmet ne bo več vrtel. Namesto tega v tem trenutku odleti ven vzdolž tangentne smeri poti vrtenja in izdelek se v tem trenutku poškoduje. Velikost centrifugalne sile je povezana z maso, hitrostjo in pospeškom (polmerom vrtenja) premikajočega se predmeta. Pri elektronskih komponentah, ki niso trdno zvarjene, bodo komponente odletele zaradi ločitve spajkalnih spojev pod delovanjem centrifugalne sile, kar povzroči, da komponente odletijo. Okvara izdelka. Centrifugalna sila, ki jo prenašajo elektronski izdelki, izhaja iz nenehno spreminjajočega se stanja delovanja elektronske opreme in opreme v smeri gibanja, kot so spremembe smeri vozečih vozil, letal, raket in izstrelkov itd., kar povzroča elektronsko opremo in notranje komponente, ki vzdržijo centrifugalne sile, razen gravitacije. Njegov akcijski čas se giblje od nekaj sekund do nekaj minut, na primer pri raketah in projektilih. Ko je sprememba smeri končana, centrifugalna sila izgine in centrifugalna sila ponovno deluje, ko se smer ponovno spremeni, kar lahko tvori dolgotrajno neprekinjeno centrifugalno silo. Trdnost varilne strukture elektronskih izdelkov, zlasti komponent za površinsko montažo velikega volumna, je mogoče oceniti s testiranjem s stalnim pospeševanjem (centrifugalno testiranje).

3. Stres zaradi vlage

Obremenitev zaradi vlage se nanaša na obremenitev zaradi vlage, ki jo elektronski izdelki prenašajo pri delu v atmosferskem okolju z določeno vlažnostjo. Elektronski izdelki so zelo občutljivi na vlago. Ko relativna vlažnost okolja preseže 30 % RH, lahko pride do rjavenja kovinskih materialov izdelkov, parametri električnega delovanja pa lahko zanihajo ali presežejo tolerance. Na primer, v dolgotrajnih pogojih visoke vlažnosti se bo izolacijska zmogljivost izolacijskih materialov zmanjšala po absorbciji vlage, kar bo povzročilo kratke stike ali visokonapetostne električne udare; pri kontaktnih elektronskih komponentah, kot so vtiči, vtičnice itd., ko se vlaga prilepi na površino, zlahka pride do korozije in nastane oksidni film. , zaradi česar se odpornost kontaktne naprave poveča, v hujših primerih pa bo vezje blokirano; v zelo vlažnem okolju bo meglica ali vodna para povzročila iskre, ko bodo kontakti releja delovali in ne bodo mogli več delovati; polprevodniški čipi so bolj občutljivi na vodno paro in ko se vodna para pojavi na površini čipa, če preseže standard, bo korozija ožičenja Al postala izjemno hitra; Da bi preprečili korozijo elektronskih komponent zaradi vodne pare, se za izolacijo komponent od zunanje atmosfere in onesnaženja uporablja tehnologija zakapsulacije ali nepredušnega pakiranja. Stres zaradi vlage, ki ga prenašajo elektronski izdelki, izvira iz vodne pare, pritrjene na površino materialov v delovnem okolju elektronske opreme in opreme, ter vodne pare, ki prodre v komponente. Velikost obremenitve zaradi vlage je povezana s stopnjo vlažnosti okolja. Jugovzhodna obalna območja moje države so območja z visoko vlažnostjo. Zlasti spomladi in poleti doseže relativna vlažnost največ več kot 90 % RH. Vpliv vlage je neizogiben problem. Prilagodljivost elektronskih izdelkov za uporabo ali shranjevanje v pogojih visoke vlažnosti je mogoče ovrednotiti s preskusi vlažne toplote v stanju dinamičnega ravnovesja in preskusi odpornosti na vlago.

4. Stres v slani pršici

Obremenitev zaradi razpršene soli se nanaša na obremenitev ob razpršeni soli, ki jo prenaša površina materiala, ko elektronski izdelki delujejo v atmosferskem razpršenem okolju, sestavljenem iz drobnih kapljic, ki vsebujejo sol. Slani sprej običajno izvira iz morskega podnebja in podnebja celinskih slanih jezer. Njegovi glavni sestavini sta NaCl in vodna para. Prisotnost ionov Na+ in Cl- je temeljni vzrok korozije kovinskih materialov. Ko se slana pršica prime na površino izolatorja, se njegova površinska odpornost zmanjša. Ko izolator absorbira raztopino soli, se njegova prostorninska upornost zmanjša za 4 velikosti. Ko se slana pršica prime na površino premikajočih se mehanskih delov, se poveča proizvodnja produktov korozije. Če je koeficient trenja prevelik, se lahko gibljivi deli celo zataknejo; čeprav sta tehnologiji kapsuliranja in nepredušnega pakiranja sprejeti za preprečevanje korozije polprevodniških čipov, zunanji zatiči elektronskih naprav neizogibno pogosto izgubijo svojo funkcijo zaradi korozije s slano prho; tiskanje Korozija na tiskanem vezju lahko povzroči kratek stik v sosednjih napeljavah. Obremenitev s slanim pršenjem, ki ga prenašajo elektronski izdelki, izvira iz megle, ki vsebuje sol v atmosferskem okolju. V obalnih območjih ali na ladjah in vojnih ladjah je v ozračju veliko soli, kar resno vpliva na embalažo elektronskih komponent. Prilagodljivost elektronskih paketov na slano prho je mogoče oceniti s pospeševanjem korozije s testom slane pršila.

5. Elektromagnetna obremenitev

Elektromagnetna obremenitev se nanaša na elektromagnetno obremenitev, ki jo prenašajo elektronski izdelki v elektromagnetnem polju, kjer se električno polje in magnetno polje interaktivno spreminjata. Elektromagnetno polje vključuje dva vidika: električno polje in magnetno polje, katerih karakteristike so predstavljene z jakostjo električnega polja E (ali električnim odmikom D) oziroma gostoto magnetnega pretoka B (ali jakostjo magnetnega polja H). V elektromagnetnem polju sta električno polje in magnetno polje tesno povezana. Časovno spremenljivo električno polje bo povzročilo magnetno polje, časovno spremenljivo magnetno polje pa bo povzročilo električno polje. Električno polje in magnetno polje se vzbujata, zaradi česar gibanje elektromagnetnega polja tvori elektromagnetne valove. Elektromagnetni valovi se lahko sami širijo v vakuumu ali snovi. Električno polje in magnetno polje nihata v fazi in sta pravokotni drug na drugega. V prostoru se gibljejo v obliki valov. Gibajoče se električno polje, magnetno polje in smer širjenja so pravokotni drug na drugega. Hitrost širjenja elektromagnetnega valovanja v vakuumu je hitrost svetlobe (3×10^8m/s). Običajno so elektromagnetni valovi, na katere se osredotočajo elektromagnetne motnje, radijski valovi in ​​mikrovalovi. Višja kot je frekvenca elektromagnetnega valovanja, večja je zmožnost elektromagnetnega sevanja. Za izdelke elektronskih komponent so elektromagnetne motnje (EMI) elektromagnetnega polja glavni dejavnik, ki vpliva na elektromagnetno združljivost (EMC) komponente. Ta vir elektromagnetnih motenj izhaja iz medsebojnih motenj med notranjimi komponentami elektronske komponente in motenj zunanje elektronske opreme. Lahko resno vpliva na delovanje in delovanje elektronskih komponent. Na primer, če magnetne komponente znotraj napajalnega modula DC/DC povzročajo elektromagnetne motnje elektronskim napravam, bo to neposredno vplivalo na parametre izhodne valovite napetosti; Vpliv radiofrekvenčnega sevanja na elektronske izdelke bo neposredno vstopil v notranje vezje skozi lupino izdelka ali pa se bo pretvoril v Izvedeno nadlegovanje vstopi v izdelek. Sposobnost elektronskih komponent proti elektromagnetnim motnjam je mogoče ovrednotiti s testiranjem elektromagnetne združljivosti in testiranjem skeniranja elektromagnetnega polja v bližnjem polju.