Peamised elektroonikaseadmete rikkeid põhjustavad keskkonnastressid

Elektroonikatoodete tööprotsessis hõlmavad keskkonnapinged lisaks elektrilistele pingetele, nagu elektriliste koormuste pinge ja vool, ka kõrge temperatuuri ja temperatuuri tsükleid, mehaanilist vibratsiooni ja lööke, niiskust ja soolapihustust, elektromagnetvälja häireid jne. Ülaltoodud keskkonnamõjude mõjul võib toodete toimivus halveneda, parameetrite triivimine, materjali korrosioon jne või isegi ebaõnnestuda.

Pärast elektroonikatoodete valmistamist, alates sõelumisest, laoseisust, transportimisest kuni kasutamise ja hoolduseni, mõjutab neid kõiki keskkonnastress, mistõttu toote füüsikalised, keemilised, mehaanilised ja elektrilised omadused muutuvad pidevalt. Muutusprotsess võib olla aeglane või aeglane. Mööduv, kõik sõltub keskkonnastressi tüübist ja stressi suurusest.

1. Temperatuuri stress

Elektroonikatooted taluvad temperatuuripingeid igas keskkonnas. Temperatuuripinge suurus sõltub keskkonna tüübist, toote struktuurist ja tööolekust. Temperatuuristress hõlmab püsiseisundi temperatuuristressi ja muutuva temperatuuri stressi.

Püsiseisundi temperatuuristress viitab elektroonikatoodete reaktsioonitemperatuurile, kui neid kasutatakse või hoitakse teatud temperatuurikeskkonnas. Kui reaktsioonitemperatuur ületab toote taluvuse piiri, ei saa komponenttoode töötada ettenähtud elektriliste parameetrite vahemikus, mis võib põhjustada toote materjali pehmenemist ja deformeerumist või isolatsioonivõime langust või isegi ülekuumenemist. ja põletada. Toode on sel ajal allutatud kõrgetele temperatuuridele. Ülepinge ja kõrge temperatuuriga ülepinge võivad lühikese aja jooksul põhjustada toote rikke; kui reaktsioonitemperatuur ei ületa toote kindlaksmääratud töötemperatuuri vahemikku, väljendub püsiseisundi temperatuuristressi mõju pikaajalises mõjus ja temperatuur Pikaajaline mõju põhjustab toote materjalide järkjärgulist vananemist ja elektrienergiat. jõudlusparameetrid võivad triivida või ületada tolerantse, mis viib lõpuks toote rikkeni. Toote puhul on temperatuuristress, mida see sel ajal talub, pikaajaline temperatuuristress. Püsiseisundi temperatuuristress, mida elektroonikatooted kogevad, tuleneb toote ümbritsevast temperatuurist ja selle enda energiatarbimisest tekkivast soojusest. Näiteks jahutussüsteemi rikke või kõrge temperatuuriga soojusvoo lekke tõttu seadmest ületab komponendi temperatuur lubatud temperatuuri ülemise piiri ja komponent talub kõrgeid temperatuure. liigne stress; kui säilituskeskkonna temperatuur on pikka aega stabiilne, on toode allutatud pikaajalisele temperatuuristressile. Elektroonikatoodete kõrge temperatuuritaluvuse piirväärtust saab määrata astmelise kõrge temperatuuriga küpsetustesti abil ja pikaajalistel temperatuuridel töötavate elektroonikatoodete eluiga saab hinnata püsioleku testi (kõrge temperatuuri kiirendus) abil.

Muutuv temperatuuristress viitab materjali liidese termilisele pingele, mis on põhjustatud temperatuurimuutustest, kui elektroonikatoode on muutuvas temperatuuriseisundis, mis on tingitud toote iga funktsionaalse materjali soojuspaisumisteguri erinevusest. Kui temperatuur drastiliselt muutub, võib toode materjali liideses lõhkeda ja ebaõnnestuda. Sel ajal on toode allutatud temperatuurimuutuse ülepingele või temperatuurišoki stressile; kui temperatuur muutub suhteliselt aeglaselt, avaldub muutuva temperatuuripinge mõju pikaajalisena. Materjali liides peab jätkuvalt vastu temperatuurimuutustel tekkivale termilisele pingele ning lokaalsetes mikropiirkondades võivad tekkida mikropragude kahjustused. Need kahjustused kuhjuvad järk-järgult, põhjustades lõpuks toote materjali liidese pragunemist või kahjustamist. Sel ajal on toode allutatud pikaajalistele temperatuurimuutustele. Stress või temperatuuritsükli stress. Muutuv temperatuuristress, mida elektroonikatooted kogevad, tuleneb toote asukohakeskkonna temperatuurimuutustest ja selle enda lülitusolekust. Näiteks kui liigute soojast siseruumist külma õue, tugeva päikesekiirguse, äkilise vihmasaju või vette sukeldumise, õhusõiduki kiirete temperatuurimuutuste maapinnalt kõrgele kõrgusele, vahelduva töö külma tsooni keskkondades ja päikesepoolsetes tingimustes. ja tagasi-päikese muutused ruumis. Muudatused, reflow jootmine ja mikroskeemide moodulite ümbertöötlemine jne, toode on allutatud temperatuurišoki pingele; loodusliku kliimatemperatuuri perioodilised muutused, katkendlikud töötingimused, seadmete süsteemi enda töötemperatuuri muutused ja sideseadmete kõnemahu muutused põhjustavad seadmeid Energiatarbimise kõikumisel mõjub toode temperatuuritsükli pingele. Termošoki testi saab kasutada selleks, et hinnata elektroonikatoodete vastupidavust äkilistele temperatuurimuutustele, ja temperatuuritsükli testi abil saab hinnata elektroonikatoodete kohanemisvõimet pikaajaliseks tööks vahelduvates kõrge ja madala temperatuuri tingimustes.

2. Mehaaniline pinge

Elektroonikatoodete mehaanilised pinged hõlmavad mehaanilist vibratsiooni, mehaanilist lööki ja pidevat kiirendust (tsentrifugaaljõud).

Mehaaniline vibratsioonipinge viitab mehaanilisele pingele, mille tekitavad elektroonikatooted, mis liiguvad edasi-tagasi ümber teatud tasakaaluasendi väliste keskkonnajõudude toimel. Mehaaniline vibratsioon liigitatakse selle tekke põhjuse järgi vabavibratsiooniks, sundvibratsiooniks ja iseergastavaks vibratsiooniks; mehaanilise vibratsiooni liikumisreeglite järgi liigitatakse see siinusvibratsiooniks ja juhuslikuks vibratsiooniks. Neil kahel vibratsioonivormil on toodetele erinev hävitav jõud. Viimane on hävitavam. Suurem, nii et enamik vibratsioonikatsete hindamisi kasutab juhuslikke vibratsiooniteste. Mehaanilise vibratsiooni mõju elektroonikatoodetele hõlmab vibratsioonist tingitud deformatsioone, painutusi, pragusid, murdumisi jms. Elektroonikatooted, mis on pikka aega olnud vibratsioonipinge all, põhjustavad konstruktsiooni liidese materjalide väsimuse tõttu pragusid ja mehaanilise väsimuse rikke; Kui see juhtub, põhjustab resonants ülepinge pragunemise tõrke, põhjustades elektroonikatoodetele koheseid struktuurikahjustusi. Elektroonikatoodete mehaaniline vibratsioonikoormus tuleneb töökeskkonna mehaanilistest koormustest, nagu pöörlemine, pulsatsioon, võnkumine ja muud õhusõidukite, sõidukite, laevade, õhusõidukite ja maapealsete mehaaniliste konstruktsioonide mehaanilised koormused, eriti transportimisel, kui toode ei ole töökorras. Ja sõidukile paigaldatavate või õhus olevate komponentidena on need töötamise ajal vältimatult allutatud mehaanilisele vibratsioonile. Elektroonikatoodete kohanemisvõimet korduva mehaanilise vibratsiooniga töötamise ajal saab hinnata mehaaniliste vibratsioonitestide (eriti juhuslike vibratsioonitestide) abil.

Mehaaniline löögipinge viitab mehaanilisele pingele, mis on põhjustatud elektroonilise toote ja mõne muu objekti (või komponendi) ühest otsesest koostoimest väliste keskkonnajõudude mõjul, mille tulemuseks on toote jõu, nihke, kiiruse või kiirenduse järsk muutus hetkega. Stress. Mehaanilise löögi mõjul võivad tooted vabastada ja üle kanda väga lühikese aja jooksul märkimisväärset energiat, põhjustades tootele tõsiseid kahjustusi, nt elektroonikaseadmete talitlushäireid, kohest avanemist/lühist ning seadme pragunemist ja purunemist. montaaži- ja pakkimisstruktuur. oota. Erinevalt pikaajalisest vibratsioonist põhjustatud kumulatiivsetest kahjustustest on mehaanilise mõjuga toodete kahjustused kontsentreeritud energia vabanemine. Seetõttu on mehaanilise löögi katse suurusjärk suur ja löögiimpulsi kestus lühike. Tootekahjustuse tippväärtus on peamine Impulsi kestus on vaid mõni millisekund kuni kümneid millisekundeid ning põhiimpulsi järgne vibratsioon vaibub kiiresti. Selle mehaanilise löögipinge ulatuse määrab tippkiirendus ja löögiimpulsi kestus. Maksimaalse kiirenduse suurus peegeldab tootele rakendatava löögijõu suurust, samas kui löögiimpulsi kestuse mõju tootele on seotud toote loomuliku sagedusega. seotud. Elektroonikatoodete mehaaniline löögikoormus tuleneb drastilistest muutustest elektroonikaseadmete ja -seadmete mehaanilises seisukorras, nagu sõidukite hädapidurdus ja kokkupõrked, õhusõidukite kukkumised ja allakukkumised, suurtükitule käivitamine, keemilise energia plahvatused ja tuumaplahvatused, rakettide plahvatused jne. Tugev mehaaniline löök, äkiline jõud või äkiline liikumine laadimise, mahalaadimise, transportimise või kohapealse töö tõttu talub ka mehaanilist mõju. Mehaaniliste löögitestide abil saab hinnata elektroonikatoodete (nt vooluahela struktuuride) kohanemisvõimet mittekorduvate mehaaniliste mõjudega kasutamise ja transportimise ajal.

Pideva kiirenduse (tsentrifugaaljõu) pinge viitab tsentrifugaaljõule, mis tekib kanduri liikumissuuna pidevas muutumises, kui elektroonikatooted töötavad liikuval kanduril. Tsentrifugaaljõud on virtuaalne inertsjõud, mis hoiab pöörlevat objekti pöörlemiskeskmest eemale. Tsentrifugaaljõud on suuruselt võrdne ja vastupidine tsentripetaaljõule. Kui tsentripetaalne jõud, mille moodustab netovälisjõud ja mis osutab ringi keskpunktile, kaob, ei hakka pöörlev objekt enam pöörlema. Selle asemel lendab see sel hetkel mööda pöörlemise trajektoori puutuja suunda ja toode on sel hetkel kahjustatud. Tsentrifugaaljõu suurus on seotud liikuva objekti massi, kiiruse ja kiirendusega (pöörlemisraadiusega). Elektroonikakomponentide puhul, mis pole kindlalt keevitatud, lendavad komponendid tsentrifugaaljõu mõjul jooteühenduste eraldumise tõttu minema, põhjustades komponentide lendu. Toote rike. Elektroonikatoodete poolt talutav tsentrifugaaljõud tuleneb elektroonikaseadmete ja -seadmete pidevast muutuvast tööolekust liikumissuunas, näiteks liikuvate sõidukite, lennukite, rakettide ja rakettmürskude jms suunamuutustest, mis põhjustab elektroonikaseadmete ja sisemiste komponendid, mis peavad vastu tsentrifugaaljõududele peale raskusjõu. Selle tegevusaeg ulatub mõnest sekundist mõne minutini, võttes näiteks raketid ja raketid. Kui suunamuutus on lõpule viidud, kaob tsentrifugaaljõud ja tsentrifugaaljõud mõjub uuesti, kui suunda muudetakse, mis võib moodustada pikaajalise pideva tsentrifugaaljõu. Elektroonikatoodete, eriti suuremahuliste pindmontaažikomponentide keevitusstruktuuri tugevust saab hinnata pideva kiirenduskatsega (tsentrifugaaltestimine).

3. Niiskuse stress

Niiskusstress viitab niiskuskoormusele, mida elektroonikatooted teatud niiskusega atmosfäärikeskkonnas töötamisel taluvad. Elektroonilised tooted on niiskuse suhtes väga tundlikud. Kui keskkonna suhteline õhuniiskus ületab 30% suhtelist õhuniiskust, võivad toodete metallmaterjalid olla korrodeerunud ja elektrilised jõudlusparameetrid võivad triivida või ületada tolerantse. Näiteks pikaajaliste kõrge õhuniiskuse tingimustes väheneb isolatsioonimaterjalide isolatsioonivõime pärast niiskuse neelamist, põhjustades lühiseid või kõrgepinge elektrilööke; kontaktelektroonikatele komponentidele, nagu pistikud, pistikupesad jne, tekib niiskuse pinnale kinnitumisel kergesti korrosioon ja tekib oksiidkile. , mis põhjustab kontaktseadme takistuse suurenemist ja rasketel juhtudel vooluahel blokeeritakse; tugevalt niiskes keskkonnas tekitab udu või veeaur relee kontaktide töötamisel sädemeid ja need ei saa enam töötada; pooljuhtkiibid on veeauru suhtes tundlikumad ja kui veeaur tekib kiibi pinnale. Kui see ületab normi, muutub juhtmestiku Al korrosioon ülikiireks; vältimaks elektroonikakomponentide korrodeerumist veeauru toimel, kasutatakse komponentide isoleerimiseks välisõhust ja saastest kapseldamise või õhukindla pakendamise tehnoloogiat. Elektroonikatoodete poolt talutav niiskusstress tuleneb elektroonikaseadmete ja -seadmete töökeskkonnas materjalide pinnale kinnitunud veeaurust ja komponentidesse tungivast veeaurust. Niiskusstressi suurus on seotud ümbritseva õhuniiskuse tasemega. Minu riigi kagurannikualad on kõrge õhuniiskusega alad. Eriti kevadel ja suvel ulatub suhteline õhuniiskus maksimaalselt üle 90% suhtelise õhuniiskuse. Niiskuse mõju on vältimatu probleem. Elektroonikatoodete kohanemisvõimet kasutamiseks või ladustamiseks kõrge õhuniiskuse tingimustes saab hinnata püsiseisundi niiske kuumuse testide ja niiskuskindluse testide abil.

4. Soolapihustus stress

Soolapihustuspinge viitab soolapihustuspingele, mida materjali pind talub, kui elektroonikatooted töötavad atmosfääri dispersioonikeskkonnas, mis koosneb soola sisaldavatest pisikestest tilkadest. Soolapihustus pärineb üldiselt merekliima keskkonnast ja sisemaa soolajärve kliimakeskkonnast. Selle peamised komponendid on NaCl ja veeaur. Na+ ja Cl- ioonide olemasolu on metallmaterjalide korrosiooni peamine põhjus. Kui soolapihusti kleepub isolaatori pinnale, väheneb selle pinnatakistus. Pärast seda, kui isolaator neelab soolalahuse, väheneb selle mahutakistus 4 suurusjärku. Kui soolapihusti kleepub liikuvate mehaaniliste osade pinnale, suureneb korrosioonitoodete tootmine. Kui hõõrdetegur on liiga suur, võivad liikuvad osad isegi kinni jääda; kuigi pooljuhtkiipide korrosiooni vältimiseks kasutatakse kapseldamise ja õhukindla pakendamise tehnoloogiat, kaotavad elektroonikaseadmete välised kontaktid soolapihustuskorrosiooni tõttu sageli oma funktsiooni; printimine PCB korrosioon võib külgnevaid juhtmeid lühistada. Elektroonikaseadmetele tekitatud soolapihustusstress tuleneb soola sisaldavast udust atmosfäärikeskkonnas. Rannikualadel või laevadel ja sõjalaevadel sisaldab atmosfäär palju soola, mis mõjutab tõsiselt elektroonikakomponentide pakendeid. Elektrooniliste pakendite kohandatavust soolapihustiga saab hinnata korrosiooni kiirendamise teel soolapihustustesti abil.

5. Elektromagnetiline pinge

Elektromagnetiline pinge viitab elektromagnetilisele pingele, mida elektroonikatooted kannavad elektromagnetväljas, kus elektriväli ja magnetväli muutuvad interaktiivselt. Elektromagnetväli sisaldab kahte aspekti: elektrivälja ja magnetvälja, mille omadusi esindavad vastavalt elektrivälja intensiivsus E (või elektrinihe D) ja magnetvoo tihedus B (või magnetvälja intensiivsus H). Elektromagnetväljas on elektriväli ja magnetväli omavahel tihedalt seotud. Ajas muutuv elektriväli tekitab magnetvälja ja ajas muutuv magnetväli elektrivälja. Elektriväli ja magnetväli erutavad üksteist, põhjustades elektromagnetvälja liikumisel elektromagnetlaineid. Elektromagnetlained võivad vaakumis või aines ise levida. Elektriväli ja magnetväli võnguvad faasis ja on üksteisega risti. Nad liiguvad ruumis lainete kujul. Liikuv elektriväli, magnetväli ja levimise suund on üksteisega risti. Elektromagnetlainete levimiskiirus vaakumis on valguse kiirus (3×10^8m/s). Tavaliselt on elektromagnetlained, millele elektromagnetilised häired keskenduvad, raadiolained ja mikrolained. Mida kõrgem on elektromagnetlainete sagedus, seda suurem on elektromagnetilise kiirguse võime. Elektroonikakomponentide puhul on elektromagnetvälja elektromagnetilised häired (EMI) peamine tegur, mis mõjutab komponendi elektromagnetilist ühilduvust (EMC). See elektromagnetiliste häirete allikas tuleneb vastastikustest häiretest elektroonilise komponendi sisemiste komponentide ja väliste elektroonikaseadmete häiretest. Võib avaldada tõsist mõju elektrooniliste komponentide jõudlusele ja funktsionaalsusele. Näiteks kui alalis-/alalisvoolumoodulis olevad magnetkomponendid põhjustavad elektromagnetilisi häireid elektroonikaseadmetes, mõjutab see otseselt väljundi pulsatsioonipinge parameetreid; raadiosagedusliku kiirguse mõju elektroonikatoodetele siseneb toote kesta kaudu otse sisemisse vooluringi või muundub tootesse läbiviidud ahistamine. Elektrooniliste komponentide elektromagnetiliste häirete vastast võimet saab hinnata elektromagnetilise ühilduvuse testimise ja elektromagnetvälja lähivälja skaneerimise testimise abil.