Principalele tensiuni de mediu care cauzează defecțiunea produsului electronic

În timpul procesului de lucru al produselor electronice, pe lângă solicitările electrice, cum ar fi tensiunea și curentul sarcinilor electrice, tensiunile de mediu includ și cicluri de temperatură și temperatură ridicată, vibrații mecanice și impact, umiditate și pulverizare de sare, interferență de câmp electromagnetic etc. influența stresului de mediu de mai sus, produsele pot suferi degradarea performanței, deviația parametrilor, coroziunea materialului etc., sau chiar eșuează.

După fabricarea produselor electronice, de la screening, inventar, transport până la utilizare și întreținere, toate sunt afectate de stresul mediului, determinând modificarea continuă a proprietăților fizice, chimice, mecanice și electrice ale produsului. Procesul de schimbare poate fi lent sau lent. Tranzitoriu, totul depinde de tipul de stres ambiental și de amploarea stresului.

1. Stresul termic

Produsele electronice vor rezista la stresul termic în orice mediu. Mărimea stresului termic depinde de tipul de mediu, structura produsului și starea de lucru. Stresul de temperatură include stresul de temperatură la starea de echilibru și stresul de temperatură în schimbare.

Stresul termic la starea de echilibru se referă la temperatura de răspuns a produselor electronice atunci când sunt operate sau depozitate într-un anumit mediu de temperatură. Atunci când temperatura de răspuns depășește limita pe care o poate rezista produsul, produsul component nu va putea funcționa în intervalul specificat de parametri electrici, ceea ce poate cauza înmuierea și deformarea materialului produsului sau scăderea performanței izolației sau chiar supraîncălzirea. și arde. Produsul este supus la temperaturi ridicate în acest moment. Solicitarea excesivă și suprasolicitarea la temperatură ridicată pot cauza defecțiuni ale produsului într-o perioadă scurtă de timp; atunci când temperatura de răspuns nu depășește intervalul specificat de temperatură de funcționare a produsului, efectul stresului termic la starea de echilibru se manifestă în efectul pe termen lung, iar temperatura Efectele pe termen lung vor determina îmbătrânirea treptată a materialelor produsului și a electricității. parametrii de performanță să modifice sau să depășească toleranțele, ducând în cele din urmă la defecțiunea produsului. Pentru produs, stresul termic pe care îl suportă în acest moment este stresul termic pe termen lung. Stresul de temperatură la starea de echilibru experimentat de produsele electronice provine din sarcina de temperatură ambientală a produsului și din căldura generată de propriul consum de energie. De exemplu, din cauza unei defecțiuni a sistemului de răcire sau a scurgerii fluxului de căldură la temperatură înaltă din echipament, temperatura componentei va depăși limita superioară a temperaturii admisibile, iar componenta va rezista la temperaturi ridicate. stres excesiv; când temperatura mediului de depozitare este stabilă pentru o lungă perioadă de timp, produsul este supus unui stres termic pe termen lung. Capacitatea limită de rezistență la temperatură ridicată a produselor electronice poate fi determinată prin testul de coacere la temperatură înaltă, iar durata de viață a produselor electronice care funcționează la temperaturi pe termen lung poate fi evaluată prin testul de viață la starea de echilibru (accelerare la temperatură ridicată).

Tensiunea termică în schimbare se referă la solicitarea termică pe interfața materialului cauzată de schimbările de temperatură atunci când un produs electronic se află într-o stare de schimbare a temperaturii din cauza diferenței de coeficient de dilatare termică a fiecărui material funcțional al produsului. Când temperatura se schimbă drastic, produsul poate să spargă la interfața materialului și să se defecteze. În acest moment, produsul este supus la suprasolicitare la schimbarea temperaturii sau la stresul de șoc de temperatură; când temperatura se schimbă relativ lent, efectul schimbării tensiunii de temperatură se manifestă pe termen lung. Interfața materialului continuă să reziste la stresul termic generat la schimbările de temperatură, iar deteriorarea micro-fisurilor poate apărea în micro-zonele locale. Aceste daune se acumulează treptat, ducând în cele din urmă la crăpare sau deteriorarea interfeței materialului produsului. În acest moment, produsul este supus unor schimbări de temperatură pe termen lung. Stresul sau stresul ciclului de temperatură. Stresul de temperatură în schimbare experimentat de produsele electronice provine din schimbările de temperatură ale mediului în care se află produsul și din starea proprie de comutare. De exemplu, atunci când treceți de la un interior cald la unul rece în aer liber, sub radiații solare puternice, ploi bruște sau scufundare în apă, schimbări rapide de temperatură a aeronavei de la sol la altitudine mare, lucru intermitent în medii cu zone reci și expuneri la soare. și schimbările din spate ale soarelui în spațiu. Modificări, lipire prin reflux și reluare a modulelor de microcircuit etc., produsul este supus la stres de șoc de temperatură; schimbările periodice ale temperaturii climatului natural, condițiile de lucru intermitente, modificările temperaturii de funcționare a sistemului de echipamente în sine și modificările volumului de apeluri ale echipamentelor de comunicație provoacă echipamente Atunci când consumul de energie fluctuează, produsul este supus stresului ciclului de temperatură. Testul de șoc termic poate fi utilizat pentru a evalua rezistența produselor electronice la schimbări bruște de temperatură, iar testul ciclului de temperatură poate fi utilizat pentru a evalua adaptabilitatea produselor electronice la funcționarea pe termen lung în condiții de temperatură alternativă înaltă și scăzută.

2. Tensiuni mecanice

Tensiunile mecanice suportate de produsele electronice includ vibrațiile mecanice, șocurile mecanice și accelerația constantă (forța centrifugă).

Tensiunea mecanică de vibrație se referă la o solicitare mecanică generată de produse electronice care se schimbă în jurul unei anumite poziții de echilibru sub acțiunea forțelor externe ale mediului. Vibrația mecanică este clasificată în funcție de cauza generării sale în vibrație liberă, vibrație forțată și vibrație autoexcitată; conform regulilor de mișcare ale vibrației mecanice, se clasifică în vibrație sinusoidală și vibrație aleatorie. Aceste două forme de vibrație au puteri distructive diferite asupra produselor. Acesta din urmă este mai distructiv. Mai mari, astfel încât majoritatea evaluărilor de teste de vibrații adoptă teste aleatorii de vibrații. Impactul vibrațiilor mecanice asupra produselor electronice include deformarea, îndoirea, fisurile, fracturile etc. cauzate de vibrații. Produsele electronice care au fost sub acțiunea stresului de vibrație pentru o lungă perioadă de timp vor provoca crăparea materialelor de interfață structurală din cauza oboselii și vor cauza defecțiuni mecanice la oboseală; dacă se întâmplă acest lucru, rezonanța duce la defectarea fisurii prin suprasolicitare, provocând daune structurale instantanee produselor electronice. Efortul mecanic de vibrație pe care îl suportă produsele electronice provine de la sarcinile mecanice ale mediului de lucru, cum ar fi rotația, pulsația, oscilația și alte sarcini mecanice de mediu ale aeronavelor, vehiculelor, navelor, vehiculelor aeriene și structurilor mecanice la sol, în special în timpul transportului când produsul nu este in stare de functionare. Și ca componente montate pe vehicul sau aeropurtate, acestea sunt inevitabil supuse la stres mecanic de vibrație în timpul funcționării. Adaptabilitatea produselor electronice la vibrații mecanice repetitive în timpul funcționării poate fi evaluată prin teste de vibrații mecanice (în special teste de vibrații aleatorii).

Tensiunea mecanică la impact se referă la o solicitare mecanică cauzată de o singură interacțiune directă între un produs electronic și un alt obiect (sau componentă) sub acțiunea forțelor externe ale mediului, care are ca rezultat o schimbare bruscă a forței, deplasării, vitezei sau accelerației produsului în un moment. Stres. Sub acțiunea stresului mecanic de impact, produsele pot elibera și transfera energie considerabilă într-o perioadă foarte scurtă de timp, provocând daune grave produsului, cum ar fi cauzarea defecțiunii produselor electronice, deschiderea/scurtcircuit instant și fisurarea și ruperea structură de asamblare și ambalare. aștepta. Spre deosebire de daunele cumulate cauzate de vibrațiile pe termen lung, deteriorarea produselor cauzată de impactul mecanic este o eliberare concentrată de energie. Prin urmare, amploarea testului de impact mecanic este mare, iar durata impulsului de impact este scurtă. Valoarea de vârf a deteriorarii produsului este principala Durata pulsului este de doar câteva milisecunde până la zeci de milisecunde, iar vibrația după pulsul principal scade rapid. Mărimea acestei solicitări mecanice de impact este determinată de accelerația de vârf și de durata impulsului de impact. Mărimea accelerației de vârf reflectă mărimea forței de impact aplicată produsului, în timp ce impactul duratei impulsului de impact asupra produsului este legat de frecvența naturală a produsului. legate de. Solicitarea la impact mecanic suportată de produsele electronice provine din modificări drastice ale stării mecanice a echipamentelor și echipamentelor electronice, cum ar fi frânarea de urgență și impactul vehiculelor, drop-urile și prăbușirile aeronavelor, lansarea focului de artilerie, explozii de energie chimică și explozii nucleare, explozii de rachete etc. Impactul mecanic puternic, forța bruscă sau mișcarea bruscă din cauza încărcării, descărcarii, transportului sau lucrărilor la fața locului vor face ca produsul să reziste la impactul mecanic. Testele de impact mecanic pot fi utilizate pentru a evalua adaptabilitatea produselor electronice (cum ar fi structurile de circuite) la impacturi mecanice nerepetitive în timpul utilizării și transportului.

Stresul de accelerație constantă (forță centrifugă) se referă la o forță centrifugă generată de schimbarea continuă a direcției de mișcare a purtătorului atunci când produsele electronice lucrează pe un purtător în mișcare. Forța centrifugă este o forță inerțială virtuală care menține un obiect în rotație să se îndepărteze de centrul de rotație. Forța centrifugă este egală ca mărime și opusă ca direcție forței centripete. Odată ce forța centripetă formată de forța externă netă și îndreptată spre centrul cercului dispare, obiectul care se rotește nu se va mai roti. În schimb, zboară de-a lungul direcției tangente a traiectoriei de rotație în acest moment, iar produsul este deteriorat în acest moment. Mărimea forței centrifuge este legată de masa, viteza și accelerația (raza de rotație) a obiectului în mișcare. Pentru componentele electronice care nu sunt bine sudate, componentele vor zbura din cauza desprinderii îmbinărilor de lipit sub acțiunea forței centrifuge, determinând ca componentele să zboare. Eșecul produsului. Forța centrifugă suportată de produsele electronice provine din starea de funcționare în continuă schimbare a echipamentelor și echipamentelor electronice în direcția de mișcare, cum ar fi schimbările de direcție ale vehiculelor, aeronavelor, rachetelor și rachetelor etc., care provoacă echipamente electronice și interne. componente pentru a rezista forțelor centrifuge, altele decât gravitația. Timpul său de acțiune variază de la câteva secunde la câteva minute, luând ca exemple rachetele și rachetele. Odată ce schimbarea direcției este încheiată, forța centrifugă dispare, iar forța centrifugă acționează din nou atunci când direcția este schimbată din nou, ceea ce poate forma o forță centrifugă continuă pe termen lung. Fermetatea structurii de sudare a produselor electronice, în special a componentelor de suprafață de volum mare, poate fi evaluată prin testare cu accelerație constantă (testare centrifugă).

3. Stresul de umezeală

Stresul de umiditate se referă la stresul de umiditate pe care îl suportă produsele electronice atunci când lucrează într-un mediu atmosferic cu o anumită umiditate. Produsele electronice sunt foarte sensibile la umiditate. Odată ce umiditatea relativă a mediului depășește 30% RH, materialele metalice ale produselor pot fi corodate, iar parametrii de performanță electrică pot varia sau depăși toleranțele. De exemplu, în condiții de umiditate ridicată pe termen lung, performanța de izolare a materialelor izolante va scădea după absorbția umidității, provocând scurtcircuite sau șocuri electrice de înaltă tensiune; pentru componentele electronice de contact, cum ar fi ștecherele, prizele etc., când umezeala este atașată la suprafață, se va produce cu ușurință coroziunea și se va forma o peliculă de oxid. , determinând creșterea rezistenței dispozitivului de contact, iar în cazuri severe, circuitul va fi blocat; într-un mediu extrem de umed, ceața sau vaporii de apă vor provoca apariția de scântei atunci când contactele releului funcționează și nu vor mai putea funcționa; cipurile semiconductoare sunt mai sensibile la vaporii de apă, iar odată ce vaporii de apă apar pe suprafața cipului Dacă depășește standardul, coroziunea cablajului Al va deveni extrem de rapidă; pentru a preveni corodarea componentelor electronice de vapori de apă, se utilizează tehnologia de încapsulare sau ambalare etanșă pentru a izola componentele de atmosfera exterioară și de poluare. Stresul de umezeală suportat de produsele electronice provine din vaporii de apă atașați la suprafața materialelor din mediul de lucru al echipamentelor și echipamentelor electronice și vaporii de apă care pătrund în componente. Mărimea stresului de umiditate este legată de nivelul de umiditate ambientală. Zonele de coastă de sud-est ale țării mele sunt zone cu umiditate ridicată. În special primăvara și vara, umiditatea relativă atinge un maxim de peste 90%RH. Influența umidității este o problemă inevitabilă. Adaptabilitatea produselor electronice pentru utilizare sau depozitare în condiții de umiditate ridicată poate fi evaluată prin teste de căldură umedă în stare constantă și teste de rezistență la umiditate.

4. Stresul prin pulverizare salina

Stresul prin pulverizare de sare se referă la stresul pe care îl suportă suprafața materialului atunci când produsele electronice funcționează într-un mediu de dispersie atmosferică compus din picături mici care conțin sare. Sprayul de sare provine, în general, din mediul climatic marin și din mediul climatic din lacurile sărate interioare. Componentele sale principale sunt NaCl și vaporii de apă. Prezența ionilor Na+ și Cl- este cauza fundamentală a coroziunii materialelor metalice. Când pulverizarea salină aderă la suprafața unui izolator, rezistența la suprafață a acestuia va fi redusă. După ce izolatorul absoarbe soluția de sare, rezistența sa în volum va fi redusă cu 4 ordine de mărime. Când pulverizarea salină aderă la suprafața pieselor mecanice în mișcare, producția de produse de coroziune crește. Dacă coeficientul de frecare este prea mare, piesele mobile se pot bloca chiar; deși tehnologia de încapsulare și ambalare etanșă sunt adoptate pentru a evita coroziunea cipurilor semiconductoare, pinii externi ai dispozitivelor electronice își pierd adesea funcția din cauza coroziunii prin pulverizare de sare; imprimare Coroziunea de pe PCB poate scurtcircuita cablurile adiacente. Stresul pe care îl suportă produsele electronice provine din ceața care conține sare din mediul atmosferic. În zonele de coastă sau pe nave și nave de război, atmosfera conține multă sare, ceea ce are un impact grav asupra ambalajelor componentelor electronice. Adaptabilitatea pachetelor electronice la pulverizare salină poate fi evaluată prin accelerarea coroziunii printr-un test de pulverizare cu sare.

5. Stresul electromagnetic

Stresul electromagnetic se referă la stresul electromagnetic pe care îl suportă produsele electronice în câmpul electromagnetic, unde câmpul electric și câmpul magnetic se modifică interactiv. Câmpul electromagnetic include două aspecte: câmpul electric și câmpul magnetic, ale căror caracteristici sunt reprezentate de intensitatea câmpului electric E (sau deplasarea electrică D) și respectiv densitatea fluxului magnetic B (sau intensitatea câmpului magnetic H). În câmpul electromagnetic, câmpul electric și câmpul magnetic sunt strâns legate. Un câmp electric care variază în timp va provoca un câmp magnetic, iar un câmp magnetic care variază în timp va provoca un câmp electric. Câmpul electric și câmpul magnetic se excită reciproc, determinând mișcarea câmpului electromagnetic să formeze unde electromagnetice. Undele electromagnetice se pot autopropaga în vid sau materie. Câmpul electric și câmpul magnetic oscilează în fază și sunt perpendiculare unul pe celălalt. Se mișcă sub formă de valuri în spațiu. Câmpul electric în mișcare, câmpul magnetic și direcția de propagare sunt perpendiculare unul pe celălalt. Viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid este viteza luminii (3×10^8m/s). De obicei, undele electromagnetice asupra cărora interferențele electromagnetice se concentrează sunt undele radio și microunde. Cu cât frecvența undelor electromagnetice este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea de radiație electromagnetică. Pentru produsele cu componente electronice, interferența electromagnetică (EMI) a câmpului electromagnetic este principalul factor care afectează compatibilitatea electromagnetică (EMC) a componentei. Această sursă de interferență electromagnetică provine din interferența reciprocă dintre componentele interne ale componentei electronice și interferența de la echipamentele electronice externe. Poate avea efecte grave asupra performanței și funcționalității componentelor electronice. De exemplu, dacă componentele magnetice din interiorul modulului de alimentare DC/DC provoacă interferențe electromagnetice la dispozitivele electronice, aceasta va afecta direct parametrii de tensiune ondulatorie de ieșire; impactul radiațiilor de radiofrecvență asupra produselor electronice va intra direct în circuitul intern prin carcasa produsului sau va fi transformat în hărțuirea condusă intră în produs. Capacitatea de interferență anti-electromagnetică a componentelor electronice poate fi evaluată prin teste de compatibilitate electromagnetică și teste de scanare în câmpul apropiat de câmp electromagnetic.