Glavni stresovi iz okoline koji uzrokuju kvar elektronskog proizvoda

Tokom procesa rada elektronskih proizvoda, pored električnih naprezanja kao što su napon i struja električnih opterećenja, stresovi okoline uključuju i cikluse visoke temperature i temperature, mehaničke vibracije i udare, vlagu i slani sprej, smetnje elektromagnetnog polja itd. Pod utjecajem gore navedenog stresa okoline, proizvodi mogu doživjeti degradaciju performansi, pomjeranje parametara, koroziju materijala itd., ili čak otkazati.

Nakon što su elektronski proizvodi proizvedeni, od pregleda, inventara, transporta do upotrebe i održavanja, svi su pod utjecajem ekološkog stresa, što uzrokuje kontinuiranu promjenu fizičkih, kemijskih, mehaničkih i električnih svojstava proizvoda. Proces promjene može biti spor ili spor. Prolazno, sve ovisi o vrsti stresa okoline i veličini stresa.

1. Temperaturni stres

Elektronski proizvodi će izdržati temperaturni stres u svakom okruženju. Veličina temperaturnog stresa ovisi o vrsti okoliša, strukturi proizvoda i radnom stanju. Temperaturni stres uključuje temperaturni stres stabilnog stanja i promjenjivi temperaturni stres.

Stacionarni temperaturni stres odnosi se na temperaturu reakcije elektronskih proizvoda kada se rade ili pohranjuju u okruženju određene temperature. Kada temperatura odziva prijeđe granicu koju proizvod može izdržati, komponentni proizvod neće moći raditi unutar specificiranog raspona električnih parametara, što može uzrokovati omekšavanje i deformaciju materijala proizvoda ili smanjenje performansi izolacije ili čak pregrijavanje i spaliti. Proizvod je u ovom trenutku izložen visokim temperaturama. Preopterećenje i preopterećenje pri visokim temperaturama mogu uzrokovati kvar proizvoda u kratkom vremenskom periodu; kada temperatura odziva ne prelazi specificirani opseg radne temperature proizvoda, efekat stabilnog temperaturnog stresa se manifestuje u dugotrajnom učinku, a temperatura Dugotrajni efekti će uzrokovati postupno starenje materijala proizvoda i električne parametri performansi odmiču ili premašuju tolerancije, što na kraju dovodi do kvara proizvoda. Za proizvod, temperaturni stres koji podnosi u ovom trenutku je dugotrajni temperaturni stres. Stabilni temperaturni stres koji doživljavaju elektronski proizvodi dolazi od opterećenja okoline temperature proizvoda i topline koju proizvodi vlastita potrošnja energije. Na primjer, zbog kvara sistema za hlađenje ili curenja toplotnog toka visoke temperature iz opreme, temperatura komponente će premašiti gornju granicu dozvoljene temperature, a komponenta će izdržati visoke temperature. Prekomjerni stres; kada je temperatura okoline za skladištenje stabilna dugo vremena, proizvod je podvrgnut dugotrajnom temperaturnom stresu. Granična sposobnost elektronskih proizvoda na visoke temperature može se odrediti kroz korak testa pečenja na visokim temperaturama, a životni vijek elektronskih proizvoda koji rade na dugotrajnim temperaturama može se procijeniti kroz test postojanog vijeka trajanja (ubrzanje visoke temperature).

Promjenjivi temperaturni napon odnosi se na toplinsko naprezanje na sučelju materijala uzrokovano promjenama temperature kada je elektronski proizvod u promjenjivom temperaturnom stanju zbog razlike u koeficijentu toplinskog širenja svakog funkcionalnog materijala proizvoda. Kada se temperatura drastično promijeni, proizvod može puknuti na sučelju materijala i pokvariti. U ovom trenutku, proizvod je podvrgnut prenaprezanju zbog promjene temperature ili stresu od temperaturnog šoka; kada se temperatura mijenja relativno sporo, učinak promjene temperaturnog naprezanja se manifestira kao dugotrajan. Interfejs materijala nastavlja izdržati toplinsko naprezanje nastalo pri promjenama temperature, a oštećenja mikropukotina mogu se pojaviti u lokalnim mikro-područjima. Ova oštećenja se postepeno akumuliraju, što na kraju dovodi do pucanja ili oštećenja sučelja materijala proizvoda. U ovom trenutku proizvod je izložen dugotrajnim temperaturnim promjenama. Stres ili stres ciklusa temperature. Promjenjivi temperaturni stres koji doživljavaju elektronički proizvodi dolazi od promjena temperature okoline u kojoj se proizvod nalazi i njegovog vlastitog statusa uključivanja. Na primjer, pri prelasku iz toplog zatvorenog u hladni vanjski prostor, pod jakim sunčevim zračenjem, iznenadnim padavinama ili uranjanjem u vodu, brzim promjenama temperature aviona od zemlje do velike visine, povremenim radom u hladnim zonama i suncu i promjene povratnog sunca u prostoru. Promjene, ponovno lemljenje i prerada modula mikrokola, itd., proizvod je podvrgnut temperaturnom šoku; Periodične promjene prirodne klimatske temperature, povremeni uvjeti rada, promjene u radnoj temperaturi samog sistema opreme i promjene u obimu poziva komunikacione opreme uzrokuju opremu Kada potrošnja energije varira, proizvod je podvrgnut stresu temperaturnog ciklusa. Test termičkog šoka može se koristiti za procjenu otpornosti elektronskih proizvoda na nagle promjene temperature, a test temperaturnog ciklusa može se koristiti za procjenu prilagodljivosti elektronskih proizvoda na dugotrajan rad u naizmjeničnim uvjetima visoke i niske temperature.

2. Mehaničko naprezanje

Mehanička naprezanja koja podnose elektronski proizvodi uključuju mehaničke vibracije, mehanički udar i konstantno ubrzanje (centrifugalna sila).

Naprezanje mehaničkim vibracijama se odnosi na mehaničko naprezanje koje stvaraju elektronski proizvodi koji kruže oko određenog ravnotežnog položaja pod djelovanjem vanjskih sila okoline. Mehaničke vibracije se prema uzroku nastanka dijele na slobodne vibracije, prisilne vibracije i samopobuđene vibracije; prema pravilima kretanja mehaničke vibracije, klasificira se na sinusoidnu vibraciju i nasumične vibracije. Ova dva oblika vibracija imaju različite destruktivne moći na proizvodima. Ovo drugo je destruktivnije. Veće, tako da većina procena testova vibracija usvaja nasumične testove vibracija. Utjecaj mehaničke vibracije na elektronske proizvode uključuje deformacije, savijanje, pukotine, lomove, itd. uzrokovane vibracijama. Elektronski proizvodi koji su dugo bili pod djelovanjem vibracijskog naprezanja uzrokovat će pucanje materijala strukturalnog sučelja uslijed zamora i uzrokovati kvar mehaničkog zamora; ako se to dogodi Rezonancija dovodi do pucanja od prevelikog naprezanja, uzrokujući trenutno strukturno oštećenje elektronskih proizvoda. Mehanički vibracijski stres koji elektronski proizvodi podnose dolazi od mehaničkih opterećenja radnog okruženja, kao što su rotacija, pulsiranje, oscilacije i druga mehanička opterećenja okoline aviona, vozila, brodova, letjelica i zemaljskih mehaničkih konstrukcija, posebno tokom transporta kada proizvod nije u radnom stanju. I kao komponente montirane na vozilo ili u vazduhu, neizbežno su izloženi mehaničkom vibracijskom stresu tokom rada. Prilagodljivost elektronskih proizvoda na ponavljajuće mehaničke vibracije tokom rada može se procijeniti kroz testove mehaničkih vibracija (naročito testovi nasumičnih vibracija).

Mehanički udarni napon se odnosi na mehaničko naprezanje uzrokovano jednom direktnom interakcijom između elektroničkog proizvoda i drugog objekta (ili komponente) pod djelovanjem vanjskih sila okoline, što rezultira iznenadnom promjenom sile, pomaka, brzine ili ubrzanja proizvoda u trenutak. Stres. Pod djelovanjem mehaničkog udarnog naprezanja, proizvodi mogu osloboditi i prenijeti značajnu energiju u vrlo kratkom vremenskom periodu, uzrokujući ozbiljnu štetu na proizvodu, kao što je uzrok kvara elektronskih proizvoda, trenutnog otvaranja/kratkog spoja i pucanja i loma struktura montaže i pakovanja. čekaj. Za razliku od kumulativnog oštećenja uzrokovanog dugotrajnim vibracijama, oštećenje proizvoda uzrokovano mehaničkim udarom je koncentrirano oslobađanje energije. Stoga je veličina testa mehaničkog udara velika, a trajanje udarnog impulsa kratko. Najveća vrijednost oštećenja proizvoda je glavna. Trajanje impulsa je samo nekoliko milisekundi do desetina milisekundi, a vibracija nakon glavnog impulsa brzo opada. Veličina ovog mehaničkog udarnog naprezanja određena je vršnim ubrzanjem i trajanjem udarnog impulsa. Veličina vršnog ubrzanja odražava veličinu udarne sile primijenjene na proizvod, dok je utjecaj trajanja udarnog impulsa na proizvod povezan sa prirodnom frekvencijom proizvoda. povezane. Mehanički udarni stres koji podnose elektronički proizvodi proizlazi iz drastičnih promjena u mehaničkom stanju elektronske opreme i opreme, kao što su kočenje u slučaju nužde i udari vozila, padovi i sudari aviona, lansiranje artiljerijske vatre, eksplozije hemijske energije i nuklearne eksplozije, eksplozije projektila, itd. Snažan mehanički udar, iznenadna sila ili iznenadno kretanje zbog utovara, istovara, transporta ili radova na licu mjesta također će uzrokovati da proizvod izdrži mehanički udar. Testovi mehaničkog udara mogu se koristiti za procjenu prilagodljivosti elektronskih proizvoda (kao što su strukture kola) na neponovljive mehaničke udare tokom upotrebe i transporta.

Naprezanje konstantnog ubrzanja (centrifugalna sila) odnosi se na centrifugalnu silu koja nastaje kontinuiranom promjenom smjera kretanja nosača kada elektronski proizvodi rade na pokretnom nosaču. Centrifugalna sila je virtuelna inercijalna sila koja drži da se rotirajući objekt udaljava od centra rotacije. Centrifugalna sila je jednaka po veličini i suprotnog smjera od centripetalne sile. Jednom kada centripetalna sila formirana od strane neto vanjske sile i usmjerena na centar kruga nestane, rotirajući objekt se više neće rotirati. Umjesto toga, u ovom trenutku leti duž tangentnog smjera putanje rotacije, a proizvod je u ovom trenutku oštećen. Veličina centrifugalne sile povezana je s masom, brzinom i ubrzanjem (radijusom rotacije) objekta koji se kreće. Za elektronske komponente koje nisu čvrsto zavarene, komponente će odletjeti zbog odvajanja lemnih spojeva pod djelovanjem centrifugalne sile, uzrokujući da komponente odlete. Kvar proizvoda. Centrifugalna sila koju podnose elektronski proizvodi proizilazi iz kontinuirano mijenjajućeg radnog statusa elektronske opreme i opreme u smjeru kretanja, kao što su promjene smjera kretanja vozila, aviona, raketa i projektila, itd., što uzrokuje elektroničku opremu i unutrašnje komponente da izdrže centrifugalne sile osim gravitacije. Njegovo vrijeme djelovanja kreće se od nekoliko sekundi do nekoliko minuta, uz rakete i projektile kao primjere. Kada je promjena smjera završena, centrifugalna sila nestaje, a centrifugalna sila djeluje ponovo kada se smjer ponovo promijeni, što može formirati dugotrajnu kontinuiranu centrifugalnu silu. Čvrstoća strukture zavarivanja elektronskih proizvoda, posebno komponenti za površinsku montažu velike zapremine, može se proceniti ispitivanjem konstantnog ubrzanja (centrifugalno ispitivanje).

3. Stres od vlage

Stres od vlage odnosi se na stres koji elektronski proizvodi podnose kada rade u atmosferskom okruženju sa određenom vlažnošću. Elektronski proizvodi su vrlo osjetljivi na vlagu. Jednom kada relativna vlažnost okoline pređe 30% relativne vlažnosti, metalni materijali proizvoda mogu biti korodirani, a parametri električnih performansi mogu odstupiti ili premašiti tolerancije. Na primjer, u dugotrajnim uvjetima visoke vlažnosti, izolacijski učinak izolacijskih materijala će se smanjiti nakon apsorpcije vlage, uzrokujući kratke spojeve ili strujne udare visokog napona; za kontaktne elektronske komponente, kao što su utikači, utičnice, itd., kada je vlaga pričvršćena na površinu, lako će doći do korozije i formirati oksidni film. , što uzrokuje povećanje otpora kontaktnog uređaja, au teškim slučajevima, strujni krug će biti blokiran; u jako vlažnom okruženju, magla ili vodena para će uzrokovati pojavu varnica kada kontakti releja rade, i oni više neće moći raditi; poluvodički čipovi su osjetljiviji na vodenu paru, a kada se vodena para pojavi na površini čipa. Ako premaši standard, korozija Al ožičenja će postati izuzetno brza; Kako bi se spriječilo korodiranje elektronskih komponenti vodenom parom, koristi se tehnologija kapsuliranja ili hermetičkog pakiranja za izolaciju komponenti od vanjske atmosfere i zagađenja. Napon vlage koji podnose elektronski proizvodi dolazi od vodene pare pričvršćene za površinu materijala u radnom okruženju elektronske opreme i opreme i vodene pare koja prodire u komponente. Veličina stresa vlage povezana je sa nivoom vlažnosti okoline. Jugoistočna obalna područja moje zemlje su područja sa visokom vlažnošću. Naročito u proleće i leto, relativna vlažnost dostiže maksimum preko 90% relativne vlažnosti. Uticaj vlage je neizbežan problem. Prilagodljivost elektronskih proizvoda za upotrebu ili skladištenje u uslovima visoke vlažnosti može se proceniti kroz stabilne testove na vlažnu toplotu i testove otpornosti na vlagu.

4. Stres od slanog spreja

Naprezanje slanom sprejom odnosi se na napon od slanog spreja koji površina materijala trpi kada elektronski proizvodi rade u atmosferskom disperzivnom okruženju koje se sastoji od sitnih kapljica koje sadrže sol. Slani sprej uglavnom dolazi iz morskog klimatskog okruženja i unutrašnjeg klimatskog okruženja slanih jezera. Njegove glavne komponente su NaCl i vodena para. Prisustvo Na+ i Cl- jona je osnovni uzrok korozije metalnih materijala. Kada se slani sprej prianja na površinu izolatora, njegova površinska otpornost će se smanjiti. Nakon što izolator upije otopinu soli, njegov volumenski otpor će se smanjiti za 4 reda veličine. Kada se slani sprej nalijepi na površinu pokretnih mehaničkih dijelova, povećava se proizvodnja produkata korozije. Ako je koeficijent trenja prevelik, pokretni dijelovi se mogu čak i zaglaviti; iako su tehnologija inkapsulacije i hermetičkog pakovanja usvojena kako bi se izbjegla korozija poluvodičkih čipova, vanjski igle elektronskih uređaja neizbježno često gube svoju funkciju zbog korozije u slanom spreju; ispis Korozija na PCB-u može dovesti do kratkog spoja susjednih žica. Stres od slanog spreja koji elektronski proizvodi podnose dolazi od magle koja sadrži sol u atmosferskom okruženju. U priobalnim područjima ili na brodovima i ratnim brodovima atmosfera sadrži dosta soli, što ozbiljno utiče na pakovanje elektronskih komponenti. Prilagodljivost elektronskih paketa na slani sprej može se ocijeniti ubrzavanjem korozije kroz test slanog spreja.

5. Elektromagnetski stres

Elektromagnetski stres se odnosi na elektromagnetski stres koji elektronski proizvodi podnose u elektromagnetskom polju gdje se električno polje i magnetsko polje interaktivno mijenjaju. Elektromagnetno polje uključuje dva aspekta: električno polje i magnetsko polje, čije karakteristike su predstavljene intenzitetom električnog polja E (ili električnim pomakom D) i gustinom magnetnog fluksa B (ili intenzitetom magnetnog polja H), respektivno. U elektromagnetnom polju, električno polje i magnetsko polje su usko povezani. Vremenski promjenjivo električno polje će uzrokovati magnetsko polje, a vremenski promjenjivo magnetsko polje će uzrokovati električno polje. Električno i magnetsko polje pobuđuju jedno drugo, uzrokujući kretanje elektromagnetnog polja da formira elektromagnetne talase. Elektromagnetski talasi se mogu samostalno širiti u vakuumu ili materiji. Električno i magnetsko polje osciliraju u fazi i okomiti su jedno na drugo. Kreću se u obliku talasa u prostoru. Pokretno električno polje, magnetsko polje i smjer širenja su okomiti jedno na drugo. Brzina širenja elektromagnetnih talasa u vakuumu je brzina svetlosti (3×10^8m/s). Obično su elektromagnetni talasi na koje se fokusira elektromagnetska smetnja radio talasi i mikrotalasi. Što je veća frekvencija elektromagnetnih talasa, veća je sposobnost elektromagnetnog zračenja. Za proizvode elektronskih komponenti, elektromagnetne smetnje (EMI) elektromagnetnog polja su glavni faktor koji utiče na elektromagnetnu kompatibilnost (EMC) komponente. Ovaj izvor elektromagnetnih smetnji dolazi od međusobne smetnje između unutrašnjih komponenti elektronske komponente i interferencije od strane vanjske elektronske opreme. Može imati ozbiljne posljedice na performanse i funkcionalnost elektronskih komponenti. Na primjer, ako magnetne komponente unutar DC/DC modula napajanja uzrokuju elektromagnetne smetnje elektronskim uređajima, to će direktno utjecati na parametre izlaznog talasnog napona; Uticaj radiofrekventnog zračenja na elektronske proizvode će direktno ući u unutrašnje kolo kroz školjku proizvoda, ili će se pretvoriti u Sprovedeno uznemiravanje ulazi u proizvod. Sposobnost elektronskih komponenti protiv elektromagnetnih smetnji može se procijeniti testiranjem elektromagnetske kompatibilnosti i testiranjem skeniranja elektromagnetnog polja u bliskom polju.