Hlavní zátěže prostředí způsobující selhání elektronického produktu

Během pracovního procesu elektronických výrobků kromě elektrického namáhání, jako je napětí a proud elektrických zátěží, environmentální namáhání zahrnují také vysoké teploty a teplotní cykly, mechanické vibrace a nárazy, vlhkost a slanou mlhu, rušení elektromagnetickým polem atd. vlivem výše uvedeného namáhání životního prostředí může u výrobků dojít ke snížení výkonu, posunu parametrů, korozi materiálu atd. nebo dokonce k selhání.

Poté, co jsou elektronické produkty vyrobeny, od prověřování, inventarizace, přepravy až po použití a údržbu, jsou všechny ovlivňovány zátěží životního prostředí, která způsobuje neustálé změny fyzikálních, chemických, mechanických a elektrických vlastností produktu. Proces změny může být pomalý nebo pomalý. Přechodné, vše závisí na typu zátěže prostředí a velikosti stresu.

1. Teplotní namáhání

Elektronické produkty vydrží teplotní zátěž v jakémkoli prostředí. Velikost teplotního namáhání závisí na typu prostředí, struktuře produktu a pracovním stavu. Teplotní stres zahrnuje ustálený teplotní stres a měnící se teplotní stres.

Teplotní namáhání v ustáleném stavu se týká reakční teploty elektronických produktů, když jsou provozovány nebo skladovány v prostředí s určitou teplotou. Když teplota odezvy překročí limit, který produkt vydrží, komponentní produkt nebude schopen pracovat ve specifikovaném rozsahu elektrických parametrů, což může způsobit změknutí a deformaci materiálu produktu nebo snížení izolačního výkonu nebo dokonce přehřátí. a spálit. Výrobek je v této době vystaven vysokým teplotám. Přepětí a přepětí při vysoké teplotě může způsobit selhání produktu v krátké době; když teplota odezvy nepřekročí specifikovaný rozsah provozních teplot výrobku, projeví se vliv ustáleného teplotního namáhání dlouhodobým účinkem a teplota Dlouhodobé účinky způsobí postupné stárnutí materiálů výrobku a el. výkonnostní parametry se odchylují nebo překračují tolerance, což případně vede k selhání produktu. Pro produkt je teplotní namáhání, které v této době snáší, dlouhodobé teplotní namáhání. Teplotní namáhání v ustáleném stavu, kterému jsou vystaveny elektronické produkty, pochází z okolní teploty produktu a tepla generovaného jeho vlastní spotřebou energie. Například v důsledku poruchy chladicího systému nebo úniku vysokoteplotního tepelného toku ze zařízení překročí teplota součásti horní hranici přípustné teploty a součást odolá vysokým teplotám. Nadměrný stres; je-li teplota skladovacího prostředí po dlouhou dobu stabilní, je výrobek vystaven dlouhodobému teplotnímu namáhání. Schopnost limitu odolnosti elektronických produktů vůči vysokým teplotám lze určit pomocí krokového testu vypalování při vysoké teplotě a životnost elektronických produktů pracujících při dlouhodobých teplotách lze vyhodnotit pomocí testu životnosti v ustáleném stavu (zrychlení při vysoké teplotě).

Měnící se teplotní namáhání se týká tepelného namáhání na rozhraní materiálu způsobeného změnami teploty, když je elektronický produkt v měnícím se teplotním stavu kvůli rozdílu v koeficientu tepelné roztažnosti každého funkčního materiálu produktu. Když se teplota drasticky změní, produkt může na rozhraní materiálu prasknout a selhat. V tomto okamžiku je produkt vystaven nadměrnému namáhání při změně teploty nebo namáhání teplotním šokem; když se teplota mění relativně pomalu, efekt měnícího se teplotního namáhání se projevuje dlouhodobě. Materiálové rozhraní nadále odolává tepelnému namáhání vznikajícímu při změnách teplot a v lokálních mikrooblastech může dojít k poškození mikrotrhlinami. Toto poškození se postupně hromadí, což nakonec vede k prasknutí nebo poškození rozhraní materiálu produktu. V této době je výrobek vystaven dlouhodobým změnám teploty. Stres nebo stres z teplotního cyklu. Měnící se teplotní namáhání elektronických výrobků pochází z teplotních změn prostředí, ve kterém se výrobek nachází, a jeho vlastního spínacího stavu. Například při přechodu z teplého vnitřního prostoru do chladného venkovního prostředí, při silném slunečním záření, náhlém dešti nebo ponoření do vody, rychlým změnám teploty letadla ze země do vysoké nadmořské výšky, přerušované práci v prostředí chladné zóny a při pohledu na slunce. a protisluneční změny v prostoru. Změny, pájení přetavením a přepracování mikroobvodových modulů atd., výrobek je vystaven teplotnímu šoku; periodické změny teploty přirozeného klimatu, přerušované pracovní podmínky, změny provozní teploty samotného systému zařízení a změny objemu hovorů komunikačního zařízení způsobují zařízení Při kolísání spotřeby energie je produkt vystaven teplotnímu cyklu. Test tepelného šoku lze použít k vyhodnocení odolnosti elektronických produktů vůči náhlým změnám teploty a test teplotního cyklu lze použít k vyhodnocení adaptability elektronických produktů na dlouhodobý provoz při střídání podmínek vysoké a nízké teploty.

2. Mechanické namáhání

Mezi mechanické namáhání, kterému elektronické výrobky odolávají, patří mechanické vibrace, mechanické rázy a konstantní zrychlení (odstředivá síla).

Mechanické vibrační namáhání se týká mechanického namáhání generovaného elektronickými produkty, které se vratně pohybují kolem určité rovnovážné polohy působením vnějších sil okolního prostředí. Mechanické vibrace se dělí podle příčiny jejich vzniku na vibrace volné, vynucené vibrace a vibrace samobuzené; podle pohybových pravidel mechanické vibrace se dělí na sinusové vibrace a náhodné vibrace. Tyto dvě formy vibrací mají na produkty různou destruktivní sílu. To druhé je destruktivnější. Větší, takže většina hodnocení vibračních testů používá náhodné vibrační testy. Vliv mechanických vibrací na elektronické výrobky zahrnuje deformace, ohýbání, praskliny, lomy atd. způsobené vibracemi. Elektronické produkty, které byly po dlouhou dobu vystaveny vibračnímu namáhání, způsobí praskání materiálů konstrukčního rozhraní v důsledku únavy a způsobí selhání mechanické únavy; pokud k tomu dojde Rezonance vede k popraskání způsobenému přepětím, což způsobí okamžité strukturální poškození elektronických produktů. Mechanické vibrační namáhání, které elektronické výrobky nesou, pochází z mechanického zatížení pracovního prostředí, jako je rotace, pulsace, oscilace a další mechanické zatížení prostředí letadel, vozidel, lodí, vzdušných dopravních prostředků a pozemních mechanických konstrukcí, zejména během přepravy, kdy výrobek není v provozuschopném stavu. A jako součásti namontované na vozidle nebo ve vzduchu jsou během provozu nevyhnutelně vystaveny mechanickému namáhání vibracemi. Adaptabilita elektronických výrobků na opakující se mechanické vibrace během provozu může být vyhodnocena pomocí mechanických vibračních zkoušek (zejména náhodných vibračních zkoušek).

Mechanické rázové namáhání se týká mechanického namáhání způsobeného jedinou přímou interakcí mezi elektronickým produktem a jiným předmětem (nebo komponentem) působením vnějších sil okolního prostředí, které má za následek náhlou změnu síly, posunutí, rychlosti nebo zrychlení produktu v okamžitý. Stres. Při působení mechanického namáhání nárazem mohou produkty uvolnit a přenést značnou energii ve velmi krátkém časovém období, což může způsobit vážné poškození produktu, například způsobit poruchu elektronických produktů, okamžité přerušení/zkrat a prasknutí a prasknutí konstrukce sestavování a balení. Počkejte. Na rozdíl od kumulativního poškození způsobeného dlouhodobými vibracemi je poškození výrobků způsobené mechanickým nárazem koncentrovaným uvolňováním energie. Proto je velikost zkoušky mechanického nárazu velká a doba trvání nárazového impulzu je krátká. Hlavní je maximální hodnota poškození produktu. Trvání pulzu je pouze několik milisekund až desítky milisekund a vibrace po hlavním pulzu rychle ustupují. Velikost tohoto mechanického rázového napětí je určena maximálním zrychlením a dobou trvání rázového impulsu. Velikost špičkového zrychlení odráží velikost nárazové síly působící na výrobek, zatímco dopad doby trvání nárazového impulzu na výrobek souvisí s vlastní frekvencí výrobku. příbuzný. Mechanické rázové namáhání, kterému jsou vystaveny elektronické produkty, pochází z drastických změn mechanického stavu elektronických zařízení a vybavení, jako je nouzové brzdění a náraz vozidel, výsadky a havárie letadel, zahájení dělostřelecké palby, výbuchy chemické energie a jaderné výbuchy, výbuchy střel atd. Silný mechanický náraz, náhlá síla nebo náhlý pohyb v důsledku nakládání, vykládání, přepravy nebo práce na místě také způsobí, že výrobek odolá mechanickému nárazu. Testy mechanického nárazu lze použít k vyhodnocení adaptability elektronických produktů (jako jsou obvodové struktury) na neopakující se mechanické nárazy během používání a přepravy.

Konstantní zrychlení (odstředivá síla) namáhání se týká odstředivé síly generované kontinuální změnou směru pohybu nosiče, když elektronické produkty pracují na pohyblivém nosiči. Odstředivá síla je virtuální setrvačná síla, která udržuje rotující objekt v pohybu pryč od středu rotace. Odstředivá síla má stejnou velikost a opačný směr než dostředivá síla. Jakmile dostředivá síla tvořená vnější silou a mířící do středu kruhu zmizí, rotující objekt se již nebude otáčet. Místo toho v tomto okamžiku vyletí podél tečného směru trajektorie rotace a výrobek je v tomto okamžiku poškozen. Velikost odstředivé síly souvisí s hmotností, rychlostí a zrychlením (poloměrem otáčení) pohybujícího se objektu. U elektronických součástek, které nejsou pevně svařeny, součástky odlétají v důsledku uvolnění pájených spojů působením odstředivé síly, což způsobí odlet součástek. Selhání produktu. Odstředivá síla, kterou elektronické výrobky snášejí, pochází z neustále se měnícího provozního stavu elektronických zařízení a zařízení ve směru pohybu, jako jsou změny směru běžících vozidel, letadel, raket a střel atd., což způsobuje elektronické zařízení a vnitřní součásti odolávající odstředivým silám jiným než gravitační. Jeho akční čas se pohybuje od několika sekund do několika minut, přičemž jako příklady jsou použity rakety a střely. Jakmile je změna směru dokončena, odstředivá síla zmizí a při opětovné změně směru odstředivá síla znovu působí, což může tvořit dlouhodobou spojitou odstředivou sílu. Pevnost svařovací struktury elektronických výrobků, zejména velkoobjemových součástek pro povrchovou montáž, lze hodnotit pomocí testování konstantním zrychlením (odstředivé testování).

3. Vlhkostní stres

Namáháním vlhkostí se rozumí namáhání vlhkostí, které elektronické výrobky snášejí při práci v atmosférickém prostředí s určitou vlhkostí. Elektronické výrobky jsou velmi citlivé na vlhkost. Jakmile relativní vlhkost prostředí překročí 30 % RH, kovové materiály výrobků mohou zkorodovat a parametry elektrického výkonu se mohou posunout nebo překročit tolerance. Například za podmínek dlouhodobé vysoké vlhkosti se izolační výkon izolačních materiálů po absorbování vlhkosti sníží, což způsobí zkraty nebo vysokonapěťové elektrické výboje; u kontaktních elektronických součástek, jako jsou zástrčky, zásuvky atd., pokud se na povrchu přichytí vlhkost, snadno dojde ke korozi a vytvoří se oxidový film. , což způsobí zvýšení odporu kontaktního zařízení a ve vážných případech bude obvod zablokován; v silně vlhkém prostředí způsobí mlha nebo vodní pára při činnosti kontaktů relé jiskry, které již nebudou moci fungovat; polovodičové čipy jsou citlivější na vodní páru a jakmile se vodní pára objeví na povrchu čipu. Pokud překročí normu, bude koroze Al vodičů extrémně rychlá; Aby se zabránilo korozi elektronických součástek vodní párou, používá se technologie zapouzdření nebo vzduchotěsného balení k izolaci součástí od vnější atmosféry a znečištění. Namáhání vlhkostí vystavené elektronickým produktům pochází z vodní páry připojené k povrchu materiálů v pracovním prostředí elektronických zařízení a zařízení a vodní páry, která proniká do součástí. Velikost vlhkostního napětí souvisí s úrovní okolní vlhkosti. Jihovýchodní pobřežní oblasti mé země jsou oblasti s vysokou vlhkostí. Zejména na jaře a v létě dosahuje relativní vlhkost maximálně více než 90%RH. Vliv vlhkosti je nevyhnutelný problém. Adaptabilita elektronických produktů pro použití nebo skladování za podmínek vysoké vlhkosti může být vyhodnocena pomocí testů stálého vlhkého tepla a testů odolnosti proti vlhkosti.

4. Stres ze solné mlhy

Namáhání solnou mlhou se týká namáhání solnou mlhou, které povrch materiálu snáší, když elektronické produkty pracují v atmosférickém disperzním prostředí složeném z drobných kapiček obsahujících sůl. Solná mlha obecně pochází z mořského klimatického prostředí a vnitrozemského klimatického prostředí slaných jezer. Jeho hlavními složkami jsou NaCl a vodní pára. Přítomnost Na+ a Cl- iontů je základní příčinou koroze kovových materiálů. Když solná mlha přilne k povrchu izolátoru, sníží se jeho povrchový odpor. Poté, co izolant absorbuje solný roztok, jeho objemový odpor se sníží o 4 řády. Když solná mlha ulpívá na povrchu pohyblivých mechanických částí, zvyšuje se produkce korozních produktů. Pokud je koeficient tření příliš velký, mohou se pohyblivé části dokonce zaseknout; ačkoli jsou technologie zapouzdření a vzduchotěsného balení přijaty, aby se zabránilo korozi polovodičových čipů, vnější kolíky elektronických zařízení nevyhnutelně často ztrácejí svou funkci v důsledku koroze v solné mlze; tisk Koroze na desce plošných spojů může zkratovat sousední kabely. Zátěž ze slané mlhy, kterou elektronické produkty nesou, pochází z mlhy obsahující sůl v atmosférickém prostředí. V pobřežních oblastech nebo na lodích a válečných lodích obsahuje atmosféra hodně soli, což má vážný dopad na balení elektronických součástek. Adaptabilita elektronických obalů na solnou mlhu lze vyhodnotit urychlením koroze pomocí testu solné mlhy.

5. Elektromagnetické namáhání

Elektromagnetické namáhání označuje elektromagnetické namáhání, které elektronické výrobky nesou v elektromagnetickém poli, kde se elektrické pole a magnetické pole interaktivně mění. Elektromagnetické pole zahrnuje dva aspekty: elektrické pole a magnetické pole, jejichž charakteristiky jsou reprezentovány intenzitou elektrického pole E (nebo elektrickým posunem D) a hustotou magnetického toku B (nebo intenzitou magnetického pole H). V elektromagnetickém poli spolu elektrické pole a magnetické pole úzce souvisí. Časově se měnící elektrické pole způsobí magnetické pole a časově proměnné magnetické pole způsobí elektrické pole. Elektrické pole a magnetické pole se vzájemně vzrušují, což způsobuje pohyb elektromagnetického pole, který vytváří elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny se mohou samy šířit ve vakuu nebo hmotě. Elektrické a magnetické pole oscilují ve fázi a jsou na sebe kolmé. Pohybují se ve formě vln v prostoru. Pohybující se elektrické pole, magnetické pole a směr šíření jsou na sebe kolmé. Rychlost šíření elektromagnetických vln ve vakuu je rychlost světla (3×10^8m/s). Obvykle elektromagnetické vlny, na které se zaměřuje elektromagnetické rušení, jsou rádiové vlny a mikrovlny. Čím vyšší je frekvence elektromagnetických vln, tím větší je schopnost elektromagnetického záření. U elektronických součástek je hlavním faktorem ovlivňujícím elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) součásti elektromagnetické rušení (EMI) elektromagnetického pole. Tento zdroj elektromagnetického rušení pochází ze vzájemného rušení mezi vnitřními součástmi elektronické součástky a rušením z externího elektronického zařízení. Může mít vážné dopady na výkon a funkčnost elektronických součástek. Pokud například magnetické součásti uvnitř napájecího modulu DC/DC způsobují elektromagnetické rušení elektronických zařízení, ovlivní to přímo parametry výstupního zvlnění napětí; Dopad radiofrekvenčního záření na elektronické produkty vstoupí přímo do vnitřního obvodu přes plášť produktu nebo se přemění na Prováděné obtěžování vstupuje do produktu. Schopnost elektronických součástek proti elektromagnetickému rušení může být vyhodnocena testováním elektromagnetické kompatibility a testováním skenování elektromagnetického pole v blízkém poli.