Tärkeimmät elektroniikkatuotteen toimintahäiriöitä aiheuttavat ympäristövaikutukset

Elektroniikkatuotteiden työskentelyprosessin aikana ympäristörasituksia ovat sähkökuormituksen jännitteen ja virran kaltaisten sähköisten rasitusten lisäksi korkea lämpötila ja lämpötilasyklit, mekaaninen tärinä ja isku, kosteus- ja suolasuihku, sähkömagneettisten kenttien häiriöt jne. Edellä mainitun ympäristörasituksen vaikutuksesta tuotteiden suorituskyky voi heikentyä, parametrien ajautuminen, materiaalin korroosio jne. tai jopa epäonnistua.

Kun elektroniikkatuotteet on valmistettu, seulonnasta, inventaariosta, kuljetuksesta käyttöön ja huoltoon, niihin kaikkiin vaikuttaa ympäristön rasitus, mikä aiheuttaa tuotteen fysikaalisten, kemiallisten, mekaanisten ja sähköisten ominaisuuksien jatkuvaa muuttumista. Muutosprosessi voi olla hidasta tai hidasta. Ohimenevä, kaikki riippuu ympäristön stressin tyypistä ja stressin suuruudesta.

1. Lämpötilastressi

Elektroniikkatuotteet kestävät lämpötilarasitusta missä tahansa ympäristössä. Lämpötilarasituksen suuruus riippuu ympäristön tyypistä, tuotteen rakenteesta ja käyttötilasta. Lämpötilajännitys sisältää vakaan tilan lämpötilastressin ja muuttuvan lämpötilan jännityksen.

Tasaisen tilan lämpötilarasitus viittaa elektronisten tuotteiden vastelämpötilaan, kun niitä käytetään tai säilytetään tietyssä lämpötilassa. Kun vastelämpötila ylittää tuotteen kestämisrajan, komponenttituote ei pysty toimimaan määritetyllä sähköparametrialueella, mikä voi aiheuttaa tuotteen materiaalin pehmenemistä ja muotoaan tai eristyskyvyn heikkenemistä tai jopa ylikuumenemista. ja polttaa. Tuote altistuu tällä hetkellä korkeille lämpötiloille. Ylirasitus ja korkean lämpötilan ylikuormitus voivat aiheuttaa tuotteen vian lyhyessä ajassa; kun vastelämpötila ei ylitä tuotteen määritettyä käyttölämpötila-aluetta, vakaan tilan lämpötilarasituksen vaikutus ilmenee pitkäaikaisena vaikutuksena ja lämpötila Pitkäaikaiset vaikutukset aiheuttavat tuotteen materiaalien asteittaista vanhenemista ja sähköisiä suorituskykyparametrit ajautuvat tai ylittävät toleranssit, mikä johtaa lopulta tuotteen vikaantumiseen. Tuotteelle lämpötilastressi, jota se kestää tällä hetkellä, on pitkäaikaista lämpötilarasitusta. Elektroniikkatuotteiden kokema vakaan tilan lämpötilastressi johtuu tuotteen ympäristön lämpötilakuormituksesta ja sen oman virrankulutuksen tuottamasta lämmöstä. Esimerkiksi jäähdytysjärjestelmän vian tai korkean lämpötilan lämpövirtavuodosta laitteesta johtuen komponentin lämpötila ylittää sallitun lämpötilan ylärajan ja komponentti kestää korkeita lämpötiloja. liiallinen stressi; Kun varastointiympäristön lämpötila on vakaa pitkän aikaa, tuote altistuu pitkäaikaiselle lämpötilarasitukselle. Elektroniikkatuotteiden korkean lämpötilan kestävyysraja voidaan määrittää vaiheittaisella korkean lämpötilan leivontatestillä, ja pitkäaikaisissa lämpötiloissa toimivien elektroniikkatuotteiden käyttöikää voidaan arvioida vakaan tilan käyttöiän testillä (korkean lämpötilan kiihtyvyys).

Muuttuva lämpötilajännitys tarkoittaa lämpötilan muutosten aiheuttamaa materiaalirajapintaan kohdistuvaa lämpörasitusta, kun elektroniikkatuote on muuttuvassa lämpötilatilassa tuotteen kunkin toiminnallisen materiaalin lämpölaajenemiskertoimen eron vuoksi. Kun lämpötila muuttuu rajusti, tuote voi räjähtää materiaalirajapinnassa ja epäonnistua. Tällä hetkellä tuote on alttiina lämpötilan muutoksen ylikuormitukselle tai lämpötilashokkirasitukselle; kun lämpötila muuttuu suhteellisen hitaasti, muuttuvan lämpötilajännityksen vaikutus ilmenee pitkäaikaisena Materiaalirajapinta kestää edelleen lämpötilan muutoksissa syntyvän lämpörasituksen ja paikallisilla mikroalueilla voi esiintyä mikrohalkeamia. Tämä vaurio kertyy vähitellen, mikä lopulta johtaa halkeiluihin tai tuotteen materiaalirajapinnan vaurioitumiseen. Tällä hetkellä tuote on alttiina pitkäaikaisille lämpötilan muutoksille. Stressi tai lämpötilasyklin stressi. Elektroniikkatuotteiden kokema muuttuva lämpötilarasitus johtuu tuotteen sijaintiympäristön lämpötilan muutoksista ja sen omasta kytkentätilasta. Esimerkiksi siirryttäessä lämpimästä sisätilasta kylmään ulkona, voimakkaan auringon säteilyn, äkillisen sateen tai upotuksen alaisena, lentokoneiden nopeat lämpötilan muutokset maasta korkealle, ajoittainen työskentely kylmävyöhykeympäristöissä ja aurinkoa kohti. ja takaisin-auringon muutokset avaruudessa. Muutokset, sulatusjuotto ja mikropiirimoduulien uudelleentyöstö jne., tuote altistuu lämpöshokkirasitukselle; säännölliset muutokset luonnollisessa ilmaston lämpötilassa, ajoittaiset työolosuhteet, muutokset itse laitejärjestelmän käyttölämpötilassa ja muutokset viestintälaitteiden puhelumäärässä aiheuttavat laitteita Tehonkulutuksen vaihtelussa tuote altistuu lämpötilasyklin rasitukselle. Lämpösokkitestillä voidaan arvioida elektronisten tuotteiden kestävyyttä äkillisille lämpötilan muutoksille ja lämpötilasyklitestillä voidaan arvioida elektroniikkatuotteiden sopeutumiskykyä pitkäaikaiseen käyttöön vaihtelevissa korkeissa ja matalissa lämpötiloissa.

2. Mekaaninen jännitys

Elektroniikkatuotteiden mekaanisia rasituksia ovat mekaaninen tärinä, mekaaninen isku ja jatkuva kiihtyvyys (keskipakovoima).

Mekaaninen tärinäjännitys viittaa mekaaniseen rasitukseen, jonka elektroniikkatuotteet synnyttävät edestakaisin tietyssä tasapainoasennossa ulkoisten ympäristövoimien vaikutuksesta. Mekaaninen värähtely luokitellaan syntymissyyn mukaan vapaaseen värähtelyyn, pakkovärähtelyyn ja itsestään virittyvään tärinään; mekaanisen värähtelyn liikesääntöjen mukaan se luokitellaan sinivärähtelyyn ja satunnaiseen värähtelyyn. Näillä kahdella värähtelymuodolla on erilaisia ​​tuhoavia voimia tuotteissa. Jälkimmäinen on tuhoisampi. Suurempi, joten useimmat tärinätestien arvioinnit käyttävät satunnaisia ​​tärinätestejä. Mekaanisen tärinän vaikutus elektroniikkatuotteisiin sisältää tärinän aiheuttamat muodonmuutokset, taipumat, halkeamat, murtumat jne. Elektroniset tuotteet, jotka ovat olleet pitkään tärinärasituksen alaisena, aiheuttavat rakenteellisten rajapintojen materiaalien halkeilua väsymisen vuoksi ja aiheuttavat mekaanisen väsymisvaurion; jos näin tapahtuu, resonanssi johtaa ylijännityksen halkeiluvikaan, mikä aiheuttaa välittömiä rakennevaurioita elektroniikkatuotteisiin. Elektroniikkatuotteiden mekaaninen tärinäjännitys johtuu työympäristön mekaanisista kuormituksista, kuten ilma-alusten, ajoneuvojen, laivojen, ilma-alusten ja maan mekaanisten rakenteiden mekaanisista ympäristökuormista, erityisesti kuljetuksen aikana, kun tuote ei ole toimintakunnossa. Ja ajoneuvoon asennettuina tai ilmassa olevina komponentteina ne altistuvat väistämättä mekaaniselle tärinärasitukselle käytön aikana. Elektroniikkatuotteiden sopeutumiskykyä toistuviin mekaanisiin tärinoihin käytön aikana voidaan arvioida mekaanisilla tärinätesteillä (erityisesti satunnaisilla tärinätesteillä).

Mekaaninen iskujännitys tarkoittaa mekaanista rasitusta, joka aiheutuu yksittäisestä suorasta vuorovaikutuksesta elektroniikkatuotteen ja toisen esineen (tai komponentin) välillä ulkoisten ympäristövoimien vaikutuksesta ja joka johtaa tuotteen voiman, siirtymän, nopeuden tai kiihtyvyyden äkilliseen muutokseen hetki. Stressi. Mekaanisen iskujännityksen vaikutuksesta tuotteet voivat vapauttaa ja siirtää huomattavaa energiaa erittäin lyhyessä ajassa aiheuttaen vakavia vaurioita tuotteelle, kuten aiheuttaa elektroniikkatuotteiden toimintahäiriöitä, välitöntä avautumista/oikosulkua sekä laitteen halkeilua ja murtumista. kokoonpano- ja pakkausrakenne. odota. Toisin kuin pitkäaikaisen tärinän aiheuttamat kumulatiiviset vauriot, mekaanisen iskun aiheuttama tuotevaurio on keskittynyt energian vapautuminen. Siksi mekaanisen iskutestin suuruus on suuri ja iskupulssin kesto lyhyt. Tuotevaurion huippuarvo on tärkein Pulssin kesto on vain muutamasta millisekunnista kymmeniin millisekunteihin ja pääpulssin jälkeinen tärinä vaimenee nopeasti. Tämän mekaanisen iskujännityksen suuruus määräytyy huippukiihtyvyyden ja iskupulssin keston perusteella. Huippukiihtyvyyden suuruus heijastaa tuotteeseen kohdistetun iskuvoiman suuruutta, kun taas iskupulssin keston vaikutus tuotteeseen liittyy tuotteen luonnolliseen taajuuteen. liittyvät. Elektroniikkatuotteiden kestämä mekaaninen iskujännitys johtuu elektronisten laitteiden ja laitteiden mekaanisen tilan rajuista muutoksista, kuten ajoneuvojen hätäjarrutuksista ja törmäyksistä, lentokoneiden putoamisista ja törmäyksistä, tykistötulista, kemiallisen energian räjähdyksistä ja ydinräjähdyksistä, ohjusten räjähdykset jne. Voimakas mekaaninen isku, äkillinen voima tai äkillinen liike lastaamisesta, purkamisesta, kuljetuksesta tai paikan päällä tapahtuvasta työstä saa tuotteen kestämään myös mekaanisia iskuja. Mekaanisten iskutestien avulla voidaan arvioida elektroniikkatuotteiden (kuten piirirakenteiden) sopeutumista ei-toistuviin mekaanisiin iskuihin käytön ja kuljetuksen aikana.

Jatkuva kiihtyvyys (keskipakovoima) tarkoittaa keskipakovoimaa, joka syntyy kannattimen liikesuunnan jatkuvasta muutoksesta, kun elektroniset tuotteet työskentelevät liikkuvan alustan päällä. Keskipakovoima on virtuaalinen inertiavoima, joka pitää pyörivän kohteen liikkumassa poispäin pyörimiskeskuksesta. Keskipakovoima on kooltaan yhtä suuri ja vastakkainen kuin keskipakovoima. Kun ulkoisen nettovoiman muodostama ja ympyrän keskustaan ​​osoittava keskivoima katoaa, pyörivä esine ei enää pyöri. Sen sijaan se lentää tällä hetkellä ulos pyörimisradan tangenttisuuntaa pitkin ja tuote on tällä hetkellä vaurioitunut. Keskipakovoiman suuruus liittyy liikkuvan kohteen massaan, nopeuteen ja kiihtyvyyteen (kiertosäteeseen). Elektronisten komponenttien, joita ei ole hitsattu tiukasti, komponentit lentävät pois juotosliitosten irtoamisen vuoksi keskipakovoiman vaikutuksesta, jolloin komponentit lentävät pois. Tuotteen vika. Elektroniikkatuotteiden kestämä keskipakovoima tulee elektronisten laitteiden ja laitteiden jatkuvasti muuttuvasta toimintatilasta liikesuunnassa, kuten käynnissä olevien ajoneuvojen, lentokoneiden, rakettien ja ohjusten jne. suunnanmuutoksesta, mikä aiheuttaa elektroniikkalaitteita ja sisäisiä komponentit kestämään muita keskipakovoimia kuin painovoimaa. Sen toiminta-aika vaihtelee muutamasta sekunnista muutamaan minuuttiin, esimerkkinä raketteja ja ohjuksia. Kun suunnanmuutos on valmis, keskipakovoima häviää, ja keskipakovoima vaikuttaa uudelleen, kun suuntaa muutetaan uudelleen, mikä voi muodostaa pitkäaikaisen jatkuvan keskipakovoiman. Elektroniikkatuotteiden, erityisesti suurten pinta-asennuskomponenttien, hitsausrakenteen lujuutta voidaan arvioida jatkuvalla kiihtyvyydellä (keskipakotestaus).

3. Kosteusstressi

Kosteusrasitus viittaa kosteusrasitukseen, jonka elektroniikkatuotteet kestävät työskennellessä ilmakehän ympäristössä, jossa on tietty kosteus. Elektroniset tuotteet ovat erittäin herkkiä kosteudelle. Kun ympäristön suhteellinen kosteus ylittää 30 % RH, tuotteiden metallimateriaalit voivat ruostua ja sähköiset suorituskykyparametrit voivat poiketa tai ylittää toleranssit. Esimerkiksi pitkäaikaisissa korkean kosteuden olosuhteissa eristysmateriaalien eristyskyky heikkenee kosteuden imemisen jälkeen, mikä aiheuttaa oikosulkuja tai suurjännitteisiä sähköiskuja; kosketuselektroniikkakomponenteille, kuten pistokkeille, pistorasialle jne., kun pintaan kiinnittyy kosteutta, syntyy helposti korroosiota ja muodostuu oksidikalvo. , jolloin kosketinlaitteen vastus kasvaa, ja vaikeissa tapauksissa piiri estyy; erittäin kosteassa ympäristössä sumu tai vesihöyry aiheuttaa kipinöitä, kun relekoskettimet toimivat, eivätkä ne enää voi toimia; puolijohdesirut ovat herkempiä vesihöyrylle, ja kun vesihöyryä tulee sirun pinnalle. Jos se ylittää standardin, johdotuksen Al korroosio tulee erittäin nopeaksi; vesihöyryn aiheuttaman korroosion estämiseksi elektroniikkakomponentteja käytetään kotelointi- tai ilmatiivispakkaustekniikalla komponenttien eristämiseen ulkoilmasta ja saasteista. Elektroniikkatuotteiden kestämä kosteusrasitus tulee elektroniikkalaitteiden ja -laitteiden työympäristössä materiaalien pintaan kiinnittyneestä vesihöyrystä ja komponentteihin tunkeutuvasta vesihöyrystä. Kosteusrasituksen suuruus riippuu ympäristön kosteustasosta. Kotimaani kaakkoisrannikkoalueet ovat alueita, joilla on korkea kosteus. Varsinkin keväällä ja kesällä suhteellinen kosteus saavuttaa maksimissaan yli 90 % RH:n. Kosteuden vaikutus on väistämätön ongelma. Elektroniikkatuotteiden soveltuvuutta käytettäväksi tai varastoitavaksi korkeissa kosteusolosuhteissa voidaan arvioida vakaan tilan kostealämpötesteillä ja kosteudenkestävyystesteillä.

4. Suolasuihkurasitus

Suolasumutusjännitys viittaa suolan suihkutusjännitykseen, jonka materiaalin pinta kestää, kun elektroniikkatuotteet toimivat ilmakehän dispersioympäristössä, joka koostuu suolaa sisältävistä pienistä pisaroista. Suolasumu tulee yleensä meri-ilmastoympäristöstä ja sisämaan suolajärven ilmasto-ympäristöstä. Sen pääkomponentit ovat NaCl ja vesihöyry. Na+- ja Cl-ionien läsnäolo on metallimateriaalien korroosion perussyy. Kun suolasuihku tarttuu eristeen pintaan, sen pintavastus heikkenee. Kun eriste imee suolaliuoksen, sen tilavuusvastus pienenee 4 suuruusluokkaa. Kun suolasuihku tarttuu liikkuvien mekaanisten osien pintaan, korroosiotuotteiden tuotanto lisääntyy. Jos kitkakerroin on liian suuri, liikkuvat osat voivat jopa juuttua; vaikka kotelointi- ja ilmatiivis pakkaustekniikka on otettu käyttöön puolijohdesirujen korroosion välttämiseksi, elektronisten laitteiden ulkoiset nastat menettävät väistämättä usein toimintansa suolasumukorroosion vuoksi; tulostaminen Korroosio piirilevyssä voi aiheuttaa oikosulkua vierekkäisissä johdoissa. Elektroniikkatuotteiden aiheuttama suolasuihkustressi johtuu suolapitoisesta sumusta ilmakehän ympäristössä. Rannikkoalueilla tai laivoissa ja sotalaivoissa ilmakehä sisältää runsaasti suolaa, jolla on vakava vaikutus elektroniikkakomponenttien pakkauksiin. Elektroniikkapakkausten soveltuvuutta suolasuihkeeseen voidaan arvioida kiihdyttämällä korroosiota suolasumutestin avulla.

5. Sähkömagneettinen jännitys

Sähkömagneettinen rasitus viittaa sähkömagneettiseen rasitukseen, jonka elektroniset tuotteet kantavat sähkömagneettisessa kentässä, jossa sähkökenttä ja magneettikenttä muuttuvat vuorovaikutteisesti. Sähkömagneettinen kenttä sisältää kaksi aspektia: sähkökenttä ja magneettikenttä, joiden ominaisuuksia edustavat sähkökentän intensiteetti E (tai sähkösiirtymä D) ja magneettivuon tiheys B (tai magneettikentän intensiteetti H). Sähkömagneettisessa kentässä sähkökenttä ja magneettikenttä liittyvät läheisesti toisiinsa. Ajassa muuttuva sähkökenttä aiheuttaa magneettikentän ja ajassa muuttuva magneettikenttä sähkökentän. Sähkökenttä ja magneettikenttä kiihottavat toisiaan, jolloin sähkömagneettisen kentän liike muodostaa sähkömagneettisia aaltoja. Sähkömagneettiset aallot voivat levitä itsestään tyhjiössä tai aineessa. Sähkökenttä ja magneettikenttä värähtelevät vaiheessa ja ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Ne liikkuvat aaltojen muodossa avaruudessa. Liikkuva sähkökenttä, magneettikenttä ja etenemissuunta ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus tyhjiössä on valon nopeus (3×10^8m/s). Yleensä sähkömagneettiset aallot, joihin sähkömagneettiset häiriöt keskittyvät, ovat radioaaltoja ja mikroaaltoja. Mitä korkeampi sähkömagneettisten aaltojen taajuus, sitä suurempi on sähkömagneettisen säteilyn kyky. Elektroniikkakomponenttituotteissa sähkömagneettisen kentän sähkömagneettinen häiriö (EMI) on tärkein komponentin sähkömagneettiseen yhteensopivuuteen (EMC) vaikuttava tekijä. Tämä sähkömagneettisen häiriön lähde tulee elektronisen komponentin sisäisten komponenttien ja ulkoisten elektronisten laitteiden välisistä häiriöistä. Voi vaikuttaa vakavasti elektronisten komponenttien suorituskykyyn ja toimivuuteen. Esimerkiksi, jos DC/DC-tehomoduulin sisällä olevat magneettiset komponentit aiheuttavat sähkömagneettisia häiriöitä elektronisiin laitteisiin, se vaikuttaa suoraan ulostulon aaltoilujännitteen parametreihin; radiotaajuisen säteilyn vaikutus elektroniikkatuotteisiin tulee suoraan sisäiseen piiriin tuotteen kuoren kautta tai muuttuu tuotteeseen kohdistuvaa häirintää. Elektronisten komponenttien sähkömagneettisten häiriöiden estokyky voidaan arvioida sähkömagneettisen yhteensopivuuden testauksen ja sähkömagneettisen kentän lähikenttäpyyhkäisytestauksen avulla.