Huvudsakliga miljöpåfrestningar som orsakar fel på elektroniska produkter

Under arbetsprocessen för elektroniska produkter, förutom elektriska påfrestningar som spänning och ström från elektriska belastningar, inkluderar miljöpåfrestningar även höga temperatur- och temperaturcykler, mekanisk vibration och slag, fukt och saltstänk, elektromagnetiska fältstörningar etc. Under påverkan av ovanstående miljöpåfrestningar kan produkter uppleva prestandaförsämring, parameterdrift, materialkorrosion, etc., eller till och med misslyckas.

Efter att elektroniska produkter har tillverkats, från screening, inventering, transport till användning och underhåll, påverkas de alla av miljöpåfrestningar, vilket gör att produktens fysiska, kemiska, mekaniska och elektriska egenskaper ständigt förändras. Förändringsprocessen kan vara långsam eller långsam. Övergående, allt beror på typen av miljöstress och storleken på stressen.

1. Temperaturstress

Elektroniska produkter tål temperaturstress i alla miljöer. Storleken på temperaturspänningen beror på typen av miljö, produktstruktur och arbetstillstånd. Temperaturstress inkluderar temperaturstress i konstant tillstånd och växlande temperaturstress.

Temperaturstress vid konstant tillstånd avser reaktionstemperaturen för elektroniska produkter när de används eller förvaras i en viss temperaturmiljö. När reaktionstemperaturen överstiger gränsen som produkten tål, kommer komponentprodukten inte att kunna arbeta inom det specificerade elektriska parameterintervallet, vilket kan göra att produktmaterialet mjuknar och deformeras, eller att isoleringsprestandan minskar eller till och med överhettas. och bränna. Produkten utsätts för höga temperaturer vid denna tidpunkt. Överbelastning och överbelastning vid hög temperatur kan orsaka produktfel på kort tid; när reaktionstemperaturen inte överstiger produktens specificerade driftstemperaturintervall, manifesteras effekten av konstant temperaturspänning i den långsiktiga effekten, och temperaturen Långtidseffekter kommer att få produktmaterial att gradvis åldras och elektriska prestandaparametrar att driva eller överskrida toleranser, vilket så småningom leder till produktfel. För produkten är temperaturstressen den uthärdar vid denna tidpunkt långvarig temperaturstress. Den konstanta temperaturpåkänningen som elektroniska produkter upplever kommer från produktens omgivningstemperaturbelastning och värmen som genereras av dess egen strömförbrukning. Till exempel, på grund av ett fel i kylsystemet eller högtemperaturvärmeflödesläckage från utrustningen, kommer temperaturen på komponenten att överstiga den övre gränsen för den tillåtna temperaturen, och komponenten kommer att motstå höga temperaturer. Överstress; när lagringsmiljöns temperatur är stabil under lång tid utsätts produkten för långvarig temperaturpåfrestning. Högtemperaturresistansgränsens förmåga hos elektroniska produkter kan bestämmas genom stegtestet för bakning vid hög temperatur, och livslängden för elektroniska produkter som arbetar vid långtidstemperaturer kan utvärderas genom steady-state livslängdstestet (hög temperaturacceleration).

Ändring av temperaturspänning hänvisar till den termiska spänningen på materialgränssnittet som orsakas av temperaturförändringar när en elektronisk produkt är i ett växlande temperaturtillstånd på grund av skillnaden i termisk expansionskoefficient för varje funktionellt material i produkten. När temperaturen ändras drastiskt kan produkten brista vid materialgränssnittet och misslyckas. Vid denna tidpunkt utsätts produkten för temperaturförändringsöverbelastning eller temperaturchockpåkänning; när temperaturen ändras relativt långsamt, manifesteras effekten av ändrad temperaturspänning som en långsiktig. Materialgränssnittet fortsätter att motstå den termiska spänningen som genereras vid temperaturförändringar, och mikrosprickskador kan uppstå i lokala mikroområden. Denna skada ackumuleras gradvis, vilket så småningom leder till sprickor eller skador på produktens materialgränssnitt. Vid denna tidpunkt utsätts produkten för långvariga temperaturförändringar. Stress eller temperaturcykelstress. Den föränderliga temperaturstressen som elektroniska produkter upplever kommer från temperaturförändringarna i miljön där produkten befinner sig och dess egen växlingsstatus. Till exempel, när man flyttar från en varm inomhus till en kall utomhus, under stark solstrålning, plötsligt regn eller nedsänkning i vatten, snabba temperaturförändringar av flygplan från marken till hög höjd, intermittent arbete i kalla zonmiljöer, och solen som vetter mot solen. och back-sol förändringar i rymden. Ändringar, återflödeslödning och omarbetning av mikrokretsmoduler etc., produkten utsätts för temperaturchockpåkänningar; periodiska förändringar i naturlig klimattemperatur, intermittenta arbetsförhållanden, förändringar i driftstemperaturen för själva utrustningssystemet och förändringar i samtalsvolymen för kommunikationsutrustning orsakar utrustning När strömförbrukningen fluktuerar utsätts produkten för temperaturcykelbelastning. Termisk chocktest kan användas för att utvärdera motståndet hos elektroniska produkter mot plötsliga temperaturförändringar, och temperaturcykeltestet kan användas för att utvärdera elektroniska produkters anpassningsförmåga till långvarig drift under alternerande höga och låga temperaturförhållanden.

2. Mekanisk stress

De mekaniska påfrestningarna som utsätts för elektroniska produkter inkluderar mekanisk vibration, mekanisk stöt och konstant acceleration (centrifugalkraft).

Mekanisk vibrationspåkänning hänvisar till en mekanisk påkänning som genereras av elektroniska produkter som rör sig fram och tillbaka runt en viss jämviktsposition under inverkan av yttre miljökrafter. Mekanisk vibration klassificeras enligt orsaken till dess generering till fri vibration, forcerad vibration och självexciterad vibration; enligt rörelsereglerna för mekanisk vibration klassificeras den i sinusformad vibration och slumpmässig vibration. Dessa två former av vibrationer har olika destruktiva krafter på produkter. Det senare är mer destruktivt. Större, så de flesta vibrationstestbedömningar använder slumpmässiga vibrationstester. Effekten av mekanisk vibration på elektroniska produkter inkluderar deformation, böjning, sprickor, brott etc. orsakade av vibrationer. Elektroniska produkter som har varit under inverkan av vibrationspåfrestningar under lång tid kommer att orsaka att de strukturella gränssnittsmaterialen spricker på grund av trötthet och orsakar mekaniskt utmattningsfel; om detta inträffar leder resonans till överspänningssprickbildning, vilket orsakar omedelbar strukturell skada på elektroniska produkter. Den mekaniska vibrationsbelastningen som elektroniska produkter utsätts för kommer från arbetsmiljöns mekaniska belastningar, såsom rotation, pulsation, svängning och andra mekaniska miljöbelastningar från flygplan, fordon, fartyg, flygfordon och markmekaniska konstruktioner, särskilt under transport när produkten är inte i fungerande skick. Och som fordonsmonterade eller luftburna komponenter utsätts de oundvikligen för mekanisk vibrationsbelastning under drift. Elektronikprodukters anpassningsförmåga till upprepade mekaniska vibrationer under drift kan utvärderas genom mekaniska vibrationstester (särskilt slumpmässiga vibrationstester).

Mekanisk slagpåkänning hänvisar till en mekanisk påkänning som orsakas av en enda direkt interaktion mellan en elektronisk produkt och ett annat föremål (eller komponent) under inverkan av yttre miljökrafter, vilket resulterar i en plötslig förändring i kraft, förskjutning, hastighet eller acceleration av produkten i ett ögonblick. Påfrestning. Under inverkan av mekanisk stötpåkänning kan produkter frigöra och överföra avsevärd energi på mycket kort tid, vilket orsakar allvarliga skador på produkten, till exempel orsaka fel på elektroniska produkter, omedelbar öppning/kortslutning och sprickbildning och brott på produkten. montering och förpackningsstruktur. vänta. Till skillnad från de kumulativa skador som orsakas av långvariga vibrationer, är skadorna på produkter orsakade av mekanisk påverkan en koncentrerad frigöring av energi. Därför är omfattningen av det mekaniska stöttestet stor och varaktigheten av stötpulsen är kort. Toppvärdet av produktskador är det viktigaste. Pulsens varaktighet är bara några millisekunder till tiotals millisekunder, och vibrationen efter huvudpulsen avtar snabbt. Storleken på denna mekaniska stötpåkänning bestäms av toppaccelerationen och varaktigheten av stötpulsen. Storleken på toppaccelerationen återspeglar storleken på stötkraften som appliceras på produkten, medan påverkan av varaktigheten av stötpulsen på produkten är relaterad till produktens naturliga frekvens. relaterad. Den mekaniska stötpåfrestning som elektroniska produkter utsätts för kommer från drastiska förändringar i det mekaniska tillståndet hos elektronisk utrustning och utrustning, såsom nödbromsning och stötar från fordon, luftfall och flygplanskrascher, uppskjutning av artillerield, kemisk energiexplosioner och kärnvapenexplosioner, missilexplosioner etc. Stark mekanisk stöt, plötslig kraft eller plötslig rörelse på grund av lastning, lossning, transport eller arbete på plats kommer också att göra att produkten tål mekaniska stötar. Mekaniska slagtester kan användas för att utvärdera anpassningsförmågan hos elektroniska produkter (som kretsstrukturer) till icke-repetitiva mekaniska stötar under användning och transport.

Konstant acceleration (centrifugalkraft) spänning hänvisar till en centrifugalkraft som genereras av den kontinuerliga förändringen av bärarens rörelseriktning när elektroniska produkter arbetar på en rörlig bärare. Centrifugalkraft är en virtuell tröghetskraft som håller ett roterande föremål i rörelse bort från rotationscentrum. Centripetalkraften är lika stor och motsatt i riktning mot centripetalkraften. När den centripetalkraft som bildas av den externa nettokraften och pekar mot cirkelns mitt försvinner, kommer det roterande föremålet inte längre att rotera. Istället flyger den ut längs rotationsbanans tangentriktning i detta ögonblick, och produkten är skadad i detta ögonblick. Storleken på centrifugalkraften är relaterad till massan, hastigheten och accelerationen (rotationsradien) hos det rörliga föremålet. För elektroniska komponenter som inte är ordentligt svetsade kommer komponenterna att flyga iväg på grund av att lödfogarna lossnar under inverkan av centrifugalkraft, vilket gör att komponenterna flyger iväg. Produktfel. Centrifugalkraften som utsätts för elektroniska produkter kommer från den ständigt förändrade driftsstatusen för elektronisk utrustning och utrustning i rörelseriktningen, såsom riktningsändringar av körande fordon, flygplan, raketer och missiler, etc., vilket orsakar elektronisk utrustning och intern komponenter för att motstå andra centrifugalkrafter än tyngdkraften. Dess aktionstid sträcker sig från några sekunder till några minuter, med raketer och missiler som exempel. När riktningsändringen är klar försvinner centrifugalkraften och centrifugalkraften verkar igen när riktningen ändras igen, vilket kan bilda en långvarig kontinuerlig centrifugalkraft. Fastheten i svetsstrukturen för elektroniska produkter, särskilt ytmonterade komponenter med stora volymer, kan utvärderas genom konstant accelerationstestning (centrifugaltestning).

3. Fuktstress

Fuktbelastning avser den fuktbelastning som elektroniska produkter utsätts för när de arbetar i en atmosfärisk miljö med en viss luftfuktighet. Elektroniska produkter är mycket känsliga för fukt. När den relativa luftfuktigheten i omgivningen överstiger 30 % relativ luftfuktighet kan metallmaterialen i produkterna korroderas, och de elektriska prestandaparametrarna kan avvika eller överskrida toleranser. Till exempel, under långvariga förhållanden med hög luftfuktighet, kommer isoleringsprestandan hos isoleringsmaterial att minska efter att ha absorberat fukt, orsakat kortslutningar eller elektriska stötar med hög spänning; för kontaktelektroniska komponenter, såsom stickproppar, uttag etc., när fukt fästs på ytan uppstår lätt korrosion och en oxidfilm bildas. , vilket gör att motståndet hos kontaktanordningen ökar, och i svåra fall kommer kretsen att blockeras; i en mycket fuktig miljö kommer dimma eller vattenånga att orsaka gnistor när reläkontakterna fungerar, och de kommer inte längre att kunna fungera; halvledarchips är mer känsliga för vattenånga, och när vattenånga väl uppstår på chipets yta Om den överskrider standarden kommer korrosionen av ledningar Al att bli extremt snabb; För att förhindra att elektroniska komponenter korroderas av vattenånga används inkapsling eller lufttät förpackningsteknik för att isolera komponenterna från den yttre atmosfären och föroreningar. Fuktbelastningen som utstår av elektroniska produkter kommer från vattenångan som är fäst vid ytan av materialen i arbetsmiljön för elektronisk utrustning och utrustning och vattenångan som tränger in i komponenterna. Storleken på fuktbelastningen är relaterad till nivån på omgivande luftfuktighet. De sydöstra kustområdena i mitt land är områden med hög luftfuktighet. Speciellt på våren och sommaren når den relativa luftfuktigheten maximalt mer än 90%RH. Inverkan av fukt är ett oundvikligt problem. Elektroniska produkters anpassningsförmåga för användning eller lagring under förhållanden med hög luftfuktighet kan utvärderas genom tester av fuktig värme i konstant tillstånd och tester av fuktbeständighet.

4. Saltspray stress

Saltspraypåkänning hänvisar till saltsprayspänningen som materialytan utsätts för när elektroniska produkter arbetar i en atmosfärisk spridningsmiljö som består av salthaltiga små droppar. Saltspray kommer i allmänhet från den marina klimatmiljön och den inre saltsjöklimatmiljön. Dess huvudkomponenter är NaCl och vattenånga. Närvaron av Na+ och Cl-joner är den grundläggande orsaken till korrosion av metallmaterial. När saltspray fäster på ytan av en isolator kommer dess ytmotstånd att minska. Efter att isolatorn absorberat saltlösningen kommer dess volymmotstånd att minska med 4 storleksordningar. När saltspray fäster på ytan av rörliga mekaniska delar ökar produktionen av korrosionsprodukter. Om friktionskoefficienten är för stor kan rörliga delar till och med fastna; även om inkapslings- och lufttät förpackningsteknik används för att undvika korrosion av halvledarchips, förlorar de externa stiften på elektroniska enheter oundvikligen ofta sin funktion på grund av saltspraykorrosion; utskrift Korrosion på PCB kan kortsluta intilliggande ledningar. Saltspraybelastningen som elektroniska produkter bär kommer från den salthaltiga dimman i den atmosfäriska miljön. I kustområden eller på fartyg och örlogsfartyg innehåller atmosfären mycket salt, vilket har en allvarlig inverkan på förpackningen av elektroniska komponenter. Elektroniska pakets anpassningsförmåga till saltspray kan utvärderas genom att accelerera korrosion genom ett saltspraytest.

5. Elektromagnetisk stress

Elektromagnetisk stress hänvisar till den elektromagnetiska stress som elektroniska produkter utsätts för i det elektromagnetiska fältet där det elektriska fältet och magnetfältet förändras interaktivt. Det elektromagnetiska fältet inkluderar två aspekter: elektriskt fält och magnetfält, vars egenskaper representeras av elektriskt fältintensitet E (eller elektrisk förskjutning D) respektive magnetisk flödestäthet B (eller magnetfältsintensitet H). I det elektromagnetiska fältet är det elektriska fältet och det magnetiska fältet nära besläktade. Ett tidsvarierande elektriskt fält kommer att orsaka ett magnetiskt fält, och ett tidsvarierande magnetfält kommer att orsaka ett elektriskt fält. Det elektriska fältet och det magnetiska fältet exciterar varandra, vilket gör att det elektromagnetiska fältets rörelse bildar elektromagnetiska vågor. Elektromagnetiska vågor kan självutbreda sig i vakuum eller materia. Det elektriska fältet och magnetfältet svänger i fas och är vinkelräta mot varandra. De rör sig i form av vågor i rymden. Det rörliga elektriska fältet, magnetfältet och utbredningsriktningen är vinkelräta mot varandra. Utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i vakuum är ljusets hastighet (3×10^8m/s). Vanligtvis är de elektromagnetiska vågorna som elektromagnetiska störningar fokuserar på radiovågor och mikrovågor. Ju högre frekvens elektromagnetiska vågor är, desto större förmåga är elektromagnetisk strålning. För elektroniska komponentprodukter är den elektromagnetiska störningen (EMI) av det elektromagnetiska fältet den viktigaste faktorn som påverkar komponentens elektromagnetiska kompatibilitet (EMC). Denna källa till elektromagnetisk störning kommer från ömsesidig interferens mellan interna komponenter i den elektroniska komponenten och störningar från extern elektronisk utrustning. Kan ha allvarliga effekter på elektroniska komponenters prestanda och funktionalitet. Till exempel, om de magnetiska komponenterna inuti DC/DC-strömmodulen orsakar elektromagnetiska störningar på elektroniska enheter, kommer det att direkt påverka utmatningsrippelspänningsparametrarna; påverkan av radiofrekvent strålning på elektroniska produkter kommer direkt in i den interna kretsen genom produktskalet, eller omvandlas till Utförd trakasserier kommer in i produkten. Elektromagnetiska störningsförmågan hos elektroniska komponenter kan utvärderas genom elektromagnetisk kompatibilitetstestning och elektromagnetiska fält-närfältsskanningstest.