Principais tensões ambientais que causam falhas em produtos eletrônicos

Durante o processo de trabalho de produtos eletrônicos, além de tensões elétricas, como tensão e corrente de cargas elétricas, as tensões ambientais também incluem alta temperatura e ciclos de temperatura, vibração e impacto mecânico, umidade e névoa salina, interferência de campo eletromagnético, etc. influência do estresse ambiental acima, os produtos podem sofrer degradação de desempenho, desvio de parâmetros, corrosão do material, etc., ou até mesmo falhar.

Após a fabricação dos produtos eletrônicos, desde a triagem, estoque, transporte até o uso e manutenção, todos eles são afetados pelo estresse ambiental, fazendo com que as propriedades físicas, químicas, mecânicas e elétricas do produto mudem continuamente. O processo de mudança pode ser lento ou lento. Transitório, tudo depende do tipo de estresse ambiental e da magnitude do estresse.

1. Estresse térmico

Os produtos eletrônicos resistirão ao estresse térmico em qualquer ambiente. A magnitude do estresse térmico depende do tipo de ambiente, estrutura do produto e estado de funcionamento. O estresse de temperatura inclui o estresse de temperatura em estado estacionário e o estresse de mudança de temperatura.

O estresse de temperatura em estado estacionário refere-se à temperatura de resposta dos produtos eletrônicos quando eles são operados ou armazenados em um determinado ambiente de temperatura. Quando a temperatura de resposta excede o limite que o produto pode suportar, o produto componente não será capaz de funcionar dentro da faixa de parâmetros elétricos especificados, o que pode causar amolecimento e deformação do material do produto, ou diminuição do desempenho do isolamento, ou até mesmo superaquecimento e queimar. O produto está sujeito a altas temperaturas neste momento. O estresse excessivo e o estresse excessivo em alta temperatura podem causar falha do produto em um curto período de tempo; quando a temperatura de resposta não excede a faixa de temperatura operacional especificada do produto, o efeito do estresse de temperatura em estado estacionário se manifesta no efeito de longo prazo, e a temperatura Os efeitos de longo prazo farão com que os materiais do produto envelheçam gradualmente e elétricos parâmetros de desempenho se desviem ou excedam as tolerâncias, eventualmente levando à falha do produto. Para o produto, o estresse térmico que ele suporta neste momento é um estresse térmico de longo prazo. O estresse de temperatura em estado estacionário experimentado pelos produtos eletrônicos vem da carga de temperatura ambiente do produto e do calor gerado pelo seu próprio consumo de energia. Por exemplo, devido a uma falha no sistema de resfriamento ou vazamento de fluxo de calor em alta temperatura do equipamento, a temperatura do componente excederá o limite superior da temperatura permitida e o componente suportará altas temperaturas. Excesso de estresse; quando a temperatura do ambiente de armazenamento é estável por um longo período, o produto é submetido a estresse térmico de longo prazo. A capacidade limite de resistência a altas temperaturas de produtos eletrônicos pode ser determinada através do teste de cozimento em alta temperatura, e a vida útil de produtos eletrônicos operando em temperaturas de longo prazo pode ser avaliada através do teste de vida em estado estacionário (aceleração de alta temperatura).

A mudança de tensão de temperatura refere-se à tensão térmica na interface do material causada por mudanças de temperatura quando um produto eletrônico está em um estado de mudança de temperatura devido à diferença no coeficiente de expansão térmica de cada material funcional do produto. Quando a temperatura muda drasticamente, o produto pode estourar na interface do material e falhar. Neste momento, o produto está sujeito a sobrecarga de mudança de temperatura ou estresse de choque de temperatura; quando a temperatura muda relativamente lentamente, o efeito da mudança de tensão de temperatura se manifesta como um longo prazo. A interface do material continua a suportar o estresse térmico gerado sob mudanças de temperatura, e danos por microfissuras podem ocorrer em microáreas locais. Esse dano se acumula gradualmente, eventualmente levando a rachaduras ou danos à interface do material do produto. Neste momento, o produto está sujeito a mudanças de temperatura prolongadas. Estresse ou estresse do ciclo de temperatura. A mudança de estresse de temperatura experimentada por produtos eletrônicos vem das mudanças de temperatura do ambiente em que o produto está localizado e de seu próprio status de comutação. Por exemplo, ao passar de um ambiente interno quente para um externo frio, sob forte radiação solar, chuvas repentinas ou imersão em água, mudanças rápidas de temperatura da aeronave do solo para grandes altitudes, trabalho intermitente em ambientes de zona fria e exposição solar e mudanças do sol posterior no espaço. Alterações, soldagem por refluxo e retrabalho de módulos de microcircuitos, etc., o produto é submetido a tensões de choque térmico; mudanças periódicas na temperatura natural do clima, condições de trabalho intermitentes, mudanças na temperatura operacional do próprio sistema do equipamento e mudanças no volume de chamadas dos equipamentos de comunicação causam equipamentos. Quando o consumo de energia flutua, o produto está sujeito ao estresse do ciclo de temperatura. O teste de choque térmico pode ser usado para avaliar a resistência de produtos eletrônicos a mudanças repentinas de temperatura, e o teste de ciclo de temperatura pode ser usado para avaliar a adaptabilidade de produtos eletrônicos à operação de longo prazo sob condições alternadas de alta e baixa temperatura.

2. Estresse mecânico

As tensões mecânicas suportadas pelos produtos eletrônicos incluem vibração mecânica, choque mecânico e aceleração constante (força centrífuga).

A tensão de vibração mecânica refere-se a uma tensão mecânica gerada por produtos eletrônicos que alternam em torno de uma determinada posição de equilíbrio sob a ação de forças ambientais externas. A vibração mecânica é classificada de acordo com a causa de sua geração em vibração livre, vibração forçada e vibração autoexcitada; de acordo com as regras de movimento da vibração mecânica, ela é classificada em vibração sinusoidal e vibração aleatória. Estas duas formas de vibração têm diferentes poderes destrutivos nos produtos. Este último é mais destrutivo. Maior, então a maioria das avaliações de testes de vibração adota testes de vibração aleatórios. O impacto da vibração mecânica em produtos eletrônicos inclui deformação, flexão, rachaduras, fraturas, etc. causadas pela vibração. Produtos eletrônicos que estiveram sob a ação de tensão vibratória por um longo período de tempo causarão rachaduras nos materiais de interface estrutural devido à fadiga e causarão falha por fadiga mecânica; se isso ocorrer, a ressonância leva à falha por fissuração por excesso de tensão, causando danos estruturais instantâneos aos produtos eletrônicos. A tensão de vibração mecânica que os produtos eletrônicos suportam vem das cargas mecânicas do ambiente de trabalho, como rotação, pulsação, oscilação e outras cargas mecânicas ambientais de aeronaves, veículos, navios, veículos aéreos e estruturas mecânicas terrestres, especialmente durante o transporte quando o produto não está em condições de funcionamento. E como componentes montados em veículos ou no ar, eles estão inevitavelmente sujeitos a tensões mecânicas de vibração durante a operação. A adaptabilidade dos produtos eletrônicos a vibrações mecânicas repetitivas durante a operação pode ser avaliada através de testes de vibração mecânica (especialmente testes de vibração aleatória).

Tensão de impacto mecânico refere-se a uma tensão mecânica causada por uma única interação direta entre um produto eletrônico e outro objeto (ou componente) sob a ação de forças ambientais externas, resultando em uma mudança repentina na força, deslocamento, velocidade ou aceleração do produto em um momento. Estresse. Sob a ação do estresse de impacto mecânico, os produtos podem liberar e transferir energia considerável em um período muito curto de tempo, causando sérios danos ao produto, como causar mau funcionamento de produtos eletrônicos, abertura/curto-circuito instantâneo e rachaduras e fraturas do estrutura de montagem e embalagem. espere. Diferente dos danos cumulativos causados ​​pela vibração de longo prazo, os danos aos produtos causados ​​pelo impacto mecânico são uma liberação concentrada de energia. Portanto, a magnitude do teste de impacto mecânico é grande e a duração do pulso de impacto é curta. O valor máximo do dano ao produto é o principal. A duração do pulso é de apenas alguns milissegundos a dezenas de milissegundos, e a vibração após o pulso principal decai rapidamente. A magnitude desta tensão de impacto mecânico é determinada pela aceleração máxima e pela duração do pulso de impacto. A magnitude do pico de aceleração reflete a magnitude da força de impacto aplicada ao produto, enquanto o impacto da duração do pulso de impacto no produto está relacionado à frequência natural do produto. relacionado. O estresse de impacto mecânico suportado por produtos eletrônicos vem de mudanças drásticas no estado mecânico de equipamentos e equipamentos eletrônicos, como frenagem de emergência e impacto de veículos, lançamentos aéreos e colisões de aeronaves, lançamento de fogo de artilharia, explosões de energia química e explosões nucleares, explosões de mísseis, etc. Forte impacto mecânico, força repentina ou movimento repentino devido à carga, descarga, transporte ou trabalho no local também farão com que o produto resista ao impacto mecânico. Os testes de impacto mecânico podem ser usados ​​para avaliar a adaptabilidade de produtos eletrônicos (como estruturas de circuitos) a impactos mecânicos não repetitivos durante o uso e transporte.

O estresse de aceleração constante (força centrífuga) refere-se a uma força centrífuga gerada pela mudança contínua da direção do movimento do transportador quando produtos eletrônicos estão trabalhando em um transportador em movimento. A força centrífuga é uma força inercial virtual que mantém um objeto em rotação afastando-se do centro de rotação. A força centrífuga é igual em tamanho e oposta em direção à força centrípeta. Uma vez que a força centrípeta formada pela força externa resultante e apontando para o centro do círculo desapareça, o objeto em rotação não girará mais. Em vez disso, ele voa ao longo da direção tangente da trajetória de rotação neste momento e o produto é danificado neste momento. O tamanho da força centrífuga está relacionado à massa, velocidade e aceleração (raio de rotação) do objeto em movimento. Para componentes eletrônicos que não estão firmemente soldados, os componentes irão voar devido ao desprendimento das juntas de solda sob a ação da força centrífuga, fazendo com que os componentes voem. Falha do produto. A força centrífuga suportada pelos produtos eletrônicos vem da mudança contínua do status operacional de equipamentos eletrônicos e equipamentos na direção do movimento, como as mudanças de direção de veículos em movimento, aeronaves, foguetes e mísseis, etc., o que causa equipamentos eletrônicos e internos componentes para suportar forças centrífugas diferentes da gravidade. Seu tempo de ação varia de alguns segundos a alguns minutos, tomando como exemplo foguetes e mísseis. Uma vez concluída a mudança de direção, a força centrífuga desaparece e a força centrífuga atua novamente quando a direção é alterada novamente, o que pode formar uma força centrífuga contínua de longo prazo. A firmeza da estrutura de soldagem de produtos eletrônicos, especialmente componentes de montagem em superfície de grande volume, pode ser avaliada através de testes de aceleração constante (testes centrífugos).

3. Estresse de umidade

O estresse por umidade refere-se ao estresse por umidade que os produtos eletrônicos suportam quando trabalham em um ambiente atmosférico com certa umidade. Os produtos eletrônicos são muito sensíveis à umidade. Quando a umidade relativa do ambiente exceder 30% de umidade relativa, os materiais metálicos dos produtos podem ficar corroídos e os parâmetros de desempenho elétrico podem variar ou exceder as tolerâncias. Por exemplo, sob condições de alta umidade a longo prazo, o desempenho de isolamento dos materiais isolantes diminuirá após a absorção de umidade, causando curtos-circuitos ou choques elétricos de alta tensão; para componentes eletrônicos de contato, como plugues, tomadas, etc., quando a umidade estiver aderida à superfície, a corrosão ocorrerá facilmente e uma película de óxido se formará. , fazendo com que a resistência do dispositivo de contato aumente e, em casos graves, o circuito será bloqueado; em um ambiente extremamente úmido, névoa ou vapor de água causarão o aparecimento de faíscas quando os contatos do relé funcionarem e eles não poderão mais operar; chips semicondutores são mais sensíveis ao vapor de água e, uma vez que o vapor de água ocorre na superfície do chip, se exceder o padrão, a corrosão da fiação Al se tornará extremamente rápida; para evitar que os componentes eletrônicos sejam corroídos pelo vapor de água, a tecnologia de encapsulamento ou embalagem hermética é usada para isolar os componentes da atmosfera externa e da poluição. O estresse de umidade suportado pelos produtos eletrônicos vem do vapor d'água preso à superfície dos materiais no ambiente de trabalho de equipamentos e equipamentos eletrônicos e do vapor d'água que penetra nos componentes. A magnitude do estresse por umidade está relacionada ao nível de umidade ambiente. As áreas costeiras do sudeste do meu país são áreas com alta umidade. Principalmente na primavera e no verão, a umidade relativa atinge no máximo mais de 90% UR. A influência da umidade é um problema inevitável. A adaptabilidade de produtos eletrônicos para uso ou armazenamento sob condições de alta umidade pode ser avaliada através de testes de calor úmido em estado estacionário e testes de resistência à umidade.

4. Estresse por névoa salina

A tensão da névoa salina refere-se à tensão da névoa salina que a superfície do material suporta quando os produtos eletrônicos funcionam em um ambiente de dispersão atmosférica composto por pequenas gotículas contendo sal. A névoa salina geralmente vem do ambiente climático marinho e do ambiente climático do lago salgado interior. Seus principais componentes são NaCl e vapor d'água. A presença de íons Na+ e Cl- é a causa fundamental da corrosão de materiais metálicos. Quando a névoa salina adere à superfície de um isolador, sua resistência superficial será reduzida. Depois que o isolador absorver a solução salina, sua resistência volumétrica será reduzida em 4 ordens de grandeza. Quando a névoa salina adere à superfície das peças mecânicas móveis, a produção de produtos de corrosão aumenta. Se o coeficiente de atrito for muito grande, as peças móveis podem até ficar presas; embora a tecnologia de encapsulamento e embalagem hermética seja adotada para evitar a corrosão de chips semicondutores, os pinos externos de dispositivos eletrônicos inevitavelmente perdem sua função devido à corrosão por névoa salina; imprimir Corrosão no PCB pode causar curto-circuito na fiação adjacente. O estresse da névoa salina que os produtos eletrônicos suportam vem da névoa salina no ambiente atmosférico. Nas zonas costeiras ou em navios e navios de guerra, a atmosfera contém muito sal, o que tem um sério impacto nas embalagens dos componentes eletrónicos. A adaptabilidade das embalagens eletrônicas à névoa salina pode ser avaliada pela aceleração da corrosão por meio de um teste de névoa salina.

5. Estresse eletromagnético

O estresse eletromagnético refere-se ao estresse eletromagnético que os produtos eletrônicos suportam no campo eletromagnético, onde o campo elétrico e o campo magnético mudam interativamente. O campo eletromagnético inclui dois aspectos: campo elétrico e campo magnético, cujas características são representadas pela intensidade do campo elétrico E (ou deslocamento elétrico D) e densidade de fluxo magnético B (ou intensidade do campo magnético H), respectivamente. No campo eletromagnético, o campo elétrico e o campo magnético estão intimamente relacionados. Um campo elétrico variável no tempo causará um campo magnético, e um campo magnético variável no tempo causará um campo elétrico. O campo elétrico e o campo magnético excitam-se, fazendo com que o movimento do campo eletromagnético forme ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas podem se autopropagar no vácuo ou na matéria. O campo elétrico e o campo magnético oscilam em fase e são perpendiculares entre si. Eles se movem na forma de ondas no espaço. O campo elétrico em movimento, o campo magnético e a direção de propagação são perpendiculares entre si. A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo é a velocidade da luz (3×10^8m/s). Normalmente, as ondas eletromagnéticas nas quais a interferência eletromagnética se concentra são ondas de rádio e microondas. Quanto maior a frequência das ondas eletromagnéticas, maior será a capacidade de radiação eletromagnética. Para produtos de componentes eletrônicos, a interferência eletromagnética (EMI) do campo eletromagnético é o principal fator que afeta a compatibilidade eletromagnética (EMC) do componente. Esta fonte de interferência eletromagnética vem da interferência mútua entre os componentes internos do componente eletrônico e da interferência de equipamentos eletrônicos externos. Pode ter efeitos graves no desempenho e na funcionalidade dos componentes eletrônicos. Por exemplo, se os componentes magnéticos dentro do módulo de potência DC/DC causarem interferência eletromagnética em dispositivos eletrônicos, isso afetará diretamente os parâmetros de tensão de ondulação de saída; o impacto da radiação de radiofrequência em produtos eletrônicos entrará diretamente no circuito interno através do invólucro do produto ou será convertido em assédio conduzido no produto. A capacidade de interferência anti-eletromagnética dos componentes eletrônicos pode ser avaliada por meio de testes de compatibilidade eletromagnética e testes de varredura de campo próximo de campo eletromagnético.