Основные экологические стрессы, вызывающие отказы электронных изделий

Во время рабочего процесса электронных изделий, помимо электрических напряжений, таких как напряжение и ток электрических нагрузок, воздействия окружающей среды также включают в себя высокие температуры и температурные циклы, механическую вибрацию и удары, влагу и солевой туман, помехи электромагнитного поля и т. д. Под воздействием вышеуказанного воздействия окружающей среды продукты могут испытывать ухудшение характеристик, дрейф параметров, коррозию материала и т. д. или даже выходить из строя.

После производства электронных продуктов, от проверки, инвентаризации, транспортировки до использования и обслуживания, все они подвергаются воздействию окружающей среды, в результате чего физические, химические, механические и электрические свойства продукта постоянно меняются. Процесс изменений может быть медленным или медленным. Временный, все зависит от типа экологического стресса и величины стресса.

1. Температурный стресс

Электронные изделия выдерживают температурные нагрузки в любых условиях. Величина температурного напряжения зависит от типа окружающей среды, структуры изделия и рабочего состояния. Температурный стресс включает в себя стационарный температурный стресс и изменяющийся температурный стресс.

Устойчивый температурный стресс относится к температуре срабатывания электронных продуктов, когда они эксплуатируются или хранятся в определенной температурной среде. Когда температура срабатывания превышает предел, который может выдержать продукт, компонент продукта не сможет работать в указанном диапазоне электрических параметров, что может привести к размягчению и деформации материала продукта или к снижению характеристик изоляции или даже к перегреву. и сжечь. В это время продукт подвергается воздействию высоких температур. Перенапряжение и высокотемпературное перенапряжение могут привести к выходу изделия из строя за короткий период времени; когда температура срабатывания не превышает указанный диапазон рабочих температур продукта, эффект установившегося температурного стресса проявляется в долгосрочном эффекте, а температура. Долгосрочные эффекты приведут к постепенному старению материалов продукта и электрическим параметры производительности отклоняются или превышают допуски, что в конечном итоге приводит к выходу продукта из строя. Для продукта температурный стресс, который он испытывает в это время, является долговременным температурным стрессом. Устойчивое температурное напряжение, испытываемое электронными изделиями, возникает из-за температурной нагрузки изделия на окружающую среду и тепла, выделяемого в результате собственного энергопотребления. Например, из-за выхода из строя системы охлаждения или утечки высокотемпературного теплового потока из оборудования температура компонента превысит верхний предел допустимой температуры, и компонент выдержит высокие температуры. Чрезмерный стресс; когда температура среды хранения стабильна в течение длительного времени, продукт подвергается длительному температурному стрессу. Предел устойчивости электронных продуктов к высоким температурам можно определить с помощью ступенчатого испытания на выпекание при высокой температуре, а срок службы электронных продуктов, работающих при длительных температурах, можно оценить с помощью испытания на долговечность в установившемся режиме (высокотемпературное ускорение).

Изменение температурного напряжения относится к тепловому напряжению на границе раздела материалов, вызванному изменениями температуры, когда электронный продукт находится в изменяющемся температурном состоянии из-за разницы в коэффициенте теплового расширения каждого функционального материала продукта. При резком изменении температуры продукт может лопнуть на границе раздела материалов и выйти из строя. В это время изделие подвергается перенапряжению при изменении температуры или температурному шоку; когда температура изменяется относительно медленно, эффект изменения температурного напряжения проявляется как долговременный. Интерфейс материала продолжает выдерживать термическое напряжение, возникающее при изменении температуры, и на локальных микрообластях могут возникать микротрещины. Эти повреждения постепенно накапливаются, что в конечном итоге приводит к растрескиванию или повреждению поверхности раздела материалов изделия. В это время продукт подвергается длительным перепадам температур. Стресс или стресс температурного цикла. Изменяющаяся температурная нагрузка, испытываемая электронными продуктами, возникает из-за изменений температуры окружающей среды, в которой находится продукт, и его собственного состояния переключения. Например, при переходе из теплого помещения в холодное на улице, в условиях сильного солнечного излучения, внезапного дождя или погружения в воду, быстрого изменения температуры самолета от земли до большой высоты, периодической работы в условиях холодной зоны и обращенного к солнцу помещения. и изменения в пространстве за солнечным светом. Изменения, пайка оплавлением и доработка модулей микросхем и т.п., изделие подвергается температурным ударным нагрузкам; периодические изменения температуры естественного климата, прерывистые условия работы, изменения рабочей температуры самой системы оборудования, а также изменения громкости вызовов оборудования связи приводят к тому, что оборудование становится причиной колебаний энергопотребления. Изделие подвергается воздействию температурного цикла. Испытание на термоудар можно использовать для оценки устойчивости электронных изделий к резким изменениям температуры, а испытание на температурный цикл - для оценки приспособленности электронных изделий к длительной эксплуатации в условиях чередующихся высоких и низких температур.

2. Механическое напряжение

Механические нагрузки, которым подвергаются электронные изделия, включают механическую вибрацию, механический удар и постоянное ускорение (центробежную силу).

Механическое вибрационное напряжение относится к механическому напряжению, создаваемому электронными изделиями, совершающими возвратно-поступательное движение вокруг определенного положения равновесия под действием внешних сил окружающей среды. Механическая вибрация по причине ее возникновения подразделяется на свободную вибрацию, вынужденную вибрацию и самовозбуждающуюся вибрацию; По правилам движения механической вибрации ее подразделяют на синусоидальную вибрацию и случайную вибрацию. Эти две формы вибрации имеют разную разрушительную силу для продуктов. Последнее более разрушительно. Больше, поэтому в большинстве оценок вибрационных испытаний используются случайные вибрационные испытания. Воздействие механической вибрации на электронные изделия включает деформации, изгибы, трещины, изломы и т. д., вызванные вибрацией. Электронные изделия, которые в течение длительного времени находились под действием вибрационных напряжений, могут привести к растрескиванию конструкционных материалов интерфейса из-за усталости и вызвать механическое усталостное разрушение; Если это происходит, резонанс приводит к растрескиванию под перенапряжением, что приводит к мгновенному структурному повреждению электронных изделий. Механическая вибрационная нагрузка, которую несут электронные изделия, возникает из-за механических нагрузок рабочей среды, таких как вращение, пульсация, колебания и другие механические нагрузки окружающей среды самолетов, транспортных средств, кораблей, летательных аппаратов и наземных механических конструкций, особенно во время транспортировки, когда изделие находится не в рабочем состоянии. А как компоненты, монтируемые на транспортном средстве или на борту самолета, они неизбежно подвергаются механическим вибрационным нагрузкам во время работы. Адаптивность электронных изделий к повторяющимся механическим вибрациям во время работы можно оценить с помощью испытаний на механическую вибрацию (особенно испытаний на случайную вибрацию).

Под механическим ударным напряжением понимается механическое напряжение, вызванное единичным прямым взаимодействием между электронным изделием и другим объектом (или компонентом) под действием внешних сил окружающей среды, приводящее к внезапному изменению силы, смещению, скорости или ускорению изделия в мгновение. Стресс. Под действием механического ударного напряжения изделия могут выделять и передавать значительную энергию за очень короткий период времени, вызывая серьезные повреждения изделия, например, неисправность электронных изделий, мгновенное размыкание/короткое замыкание, а также растрескивание и разрушение изделия. конструкция сборки и упаковки. ждать. В отличие от совокупного ущерба, вызванного длительной вибрацией, повреждение изделий, вызванное механическим воздействием, представляет собой концентрированное выделение энергии. Поэтому величина испытания на механический удар велика, а продолжительность ударного импульса коротка. Пиковое значение повреждения продукта является основным. Длительность импульса составляет всего от нескольких миллисекунд до десятков миллисекунд, и вибрация после основного импульса быстро затухает. Величина этого механического ударного напряжения определяется максимальным ускорением и длительностью ударного импульса. Величина пикового ускорения отражает величину ударной силы, приложенной к изделию, тогда как влияние длительности ударного импульса на изделие связано с собственной частотой изделия. связанный. Механическое воздействие, которому подвергаются электронные изделия, возникает в результате резких изменений механического состояния электронного оборудования и оборудования, таких как экстренное торможение и удар транспортных средств, падение с воздуха и падение самолетов, начало артиллерийского огня, взрывы химической энергии и ядерные взрывы, взрывы ракет и т. д. Сильный механический удар, внезапная сила или внезапное движение, вызванное погрузкой, разгрузкой, транспортировкой или работами на месте, также приведут к тому, что изделие выдержит механическое воздействие. Испытания на механическое воздействие можно использовать для оценки способности электронных изделий (например, схемных структур) адаптироваться к неповторяющимся механическим воздействиям во время использования и транспортировки.

Напряжение постоянного ускорения (центробежной силы) относится к центробежной силе, создаваемой непрерывным изменением направления движения носителя, когда электронные изделия работают на движущемся носителе. Центробежная сила — это виртуальная сила инерции, которая удерживает вращающийся объект от центра вращения. Центробежная сила равна по величине и противоположна по направлению центростремительной силе. Как только центростремительная сила, образованная чистой внешней силой и направленная в центр круга, исчезнет, ​​вращающийся объект больше не будет вращаться. Вместо этого он в этот момент вылетает по касательной к траектории вращения, и изделие в этот момент повреждается. Величина центробежной силы связана с массой, скоростью и ускорением (радиусом вращения) движущегося объекта. У электронных компонентов, которые не сварены прочно, компоненты разлетаются из-за отслоения паяных соединений под действием центробежной силы, в результате чего компоненты разлетаются. Неисправность продукта. Центробежная сила, которой подвергаются электронные изделия, возникает из-за постоянно меняющегося рабочего состояния электронного оборудования и оборудования в направлении движения, например, изменения направления движущихся транспортных средств, самолетов, ракет и ракет и т. д., что вызывает повреждение электронного оборудования и внутренние компоненты, способные противостоять центробежным силам, отличным от гравитации. Время его действия колеблется от нескольких секунд до нескольких минут, в качестве примера можно привести ракеты и ракеты. Как только изменение направления завершено, центробежная сила исчезает, и центробежная сила действует снова, когда направление снова изменяется, что может образовать долгосрочную непрерывную центробежную силу. Прочность сварной конструкции электронных изделий, особенно крупногабаритных компонентов для поверхностного монтажа, можно оценить с помощью испытаний на постоянное ускорение (центробежное испытание).

3. Влажный стресс

Под стрессом влаги понимается стресс влаги, которому подвергаются электронные изделия при работе в атмосферной среде с определенной влажностью. Электронные изделия очень чувствительны к влажности. Когда относительная влажность окружающей среды превышает 30% относительной влажности, металлические материалы изделий могут подвергнуться коррозии, а параметры электрических характеристик могут отклониться или превысить допуски. Например, в условиях длительной высокой влажности изоляционные характеристики изоляционных материалов снижаются после поглощения влаги, что приводит к коротким замыканиям или поражению электрическим током высокого напряжения; для контактных электронных компонентов, таких как вилки, розетки и т. д., при попадании влаги на поверхность легко возникает коррозия и образуется оксидная пленка. , что приводит к увеличению сопротивления контактного устройства, а в тяжелых случаях цепь блокируется; в условиях сильной влажности туман или водяной пар вызовут появление искр при срабатывании контактов реле, и они больше не смогут работать; полупроводниковые чипы более чувствительны к водяному пару, и как только водяной пар появится на поверхности чипа, если он превысит стандарт, коррозия проводки Al станет чрезвычайно быстрой; Чтобы предотвратить коррозию электронных компонентов водяным паром, используется технология герметизации или герметичной упаковки для изоляции компонентов от внешней атмосферы и загрязнений. Влажный стресс, которому подвергаются электронные изделия, возникает из-за водяного пара, прикрепленного к поверхности материалов в рабочей среде электронного оборудования и оборудования, а также водяного пара, проникающего в компоненты. Величина водного стресса связана с уровнем влажности окружающей среды. Юго-восточные прибрежные районы моей страны являются районами с высокой влажностью. Особенно весной и летом относительная влажность достигает максимум более 90%. Влияние влажности является неизбежной проблемой. Адаптивность электронных продуктов для использования или хранения в условиях высокой влажности можно оценить с помощью испытаний на влажную теплоту и устойчивость к влажности в устойчивом состоянии.

4. Стресс от солевого тумана

Под стрессом от солевого тумана понимается стресс от солевого тумана, которому подвергается поверхность материала, когда электронные изделия работают в атмосферной дисперсной среде, состоящей из мельчайших капель, содержащих соль. Соляные брызги обычно возникают в условиях морского климата и климата внутренних соленых озер. Его основными компонентами являются NaCl и водяной пар. Присутствие ионов Na+ и Cl- является основной причиной коррозии металлических материалов. Когда соляной туман прилипает к поверхности изолятора, его поверхностное сопротивление снижается. После того как изолятор впитает раствор соли, его объемное сопротивление уменьшится на 4 порядка. Когда соляной туман прилипает к поверхности движущихся механических частей, увеличивается образование продуктов коррозии. Если коэффициент трения слишком велик, движущиеся части могут даже застрять; хотя технология герметизации и герметичной упаковки применяется во избежание коррозии полупроводниковых чипов, внешние контакты электронных устройств неизбежно часто теряют свою функцию из-за коррозии солевым туманом; печать Коррозия на печатной плате может привести к короткому замыканию соседних проводов. Нагрузка от солевого тумана, которую испытывают электронные изделия, возникает из-за солевого тумана в атмосферной среде. В прибрежных районах или на кораблях и военных кораблях атмосфера содержит много соли, что серьезно влияет на упаковку электронных компонентов. Адаптивность электронных блоков к солевому туману можно оценить путем ускорения коррозии посредством испытания в солевом тумане.

5. Электромагнитный стресс

Электромагнитный стресс относится к электромагнитному стрессу, который электронные изделия испытывают в электромагнитном поле, где электрическое и магнитное поле изменяются интерактивно. Электромагнитное поле включает в себя два аспекта: электрическое поле и магнитное поле, характеристики которого представлены напряженностью электрического поля E (или электрическим смещением D) и плотностью магнитного потока B (или напряженностью магнитного поля H) соответственно. В электромагнитном поле электрическое поле и магнитное поле тесно связаны. Изменяющееся во времени электрическое поле создаст магнитное поле, а изменяющееся во времени магнитное поле создаст электрическое поле. Электрическое поле и магнитное поле возбуждают друг друга, заставляя движение электромагнитного поля образовывать электромагнитные волны. Электромагнитные волны могут самораспространяться в вакууме или материи. Электрическое и магнитное поля колеблются синфазно и перпендикулярны друг другу. Они движутся в виде волн в пространстве. Движущееся электрическое поле, магнитное поле и направление распространения перпендикулярны друг другу. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света (3×10^8м/с). Обычно электромагнитные волны, на которых фокусируются электромагнитные помехи, представляют собой радиоволны и микроволны. Чем выше частота электромагнитных волн, тем больше мощность электромагнитного излучения. Для электронных компонентов электромагнитные помехи (EMI) электромагнитного поля являются основным фактором, влияющим на электромагнитную совместимость (ЭМС) компонента. Этот источник электромагнитных помех возникает из-за взаимных помех между внутренними компонентами электронного компонента и помех от внешнего электронного оборудования. Может оказать серьезное влияние на производительность и функциональность электронных компонентов. Например, если магнитные компоненты внутри модуля питания постоянного/постоянного тока создают электромагнитные помехи для электронных устройств, это напрямую влияет на параметры пульсаций выходного напряжения; Воздействие радиочастотного излучения на электронные продукты напрямую попадет во внутреннюю цепь через корпус продукта или будет преобразовано в проводимое преследование, попадающее в продукт. Способность электронных компонентов противостоять электромагнитным помехам можно оценить с помощью испытаний на электромагнитную совместимость и испытаний сканирования ближнего поля электромагнитного поля.