Die wichtigsten Umweltbelastungen, die zum Ausfall elektronischer Produkte führen

Während des Arbeitsprozesses elektronischer Produkte gehören zu den Umweltbelastungen neben elektrischen Belastungen wie Spannung und Strom elektrischer Verbraucher auch hohe Temperaturen und Temperaturzyklen, mechanische Vibrationen und Stöße, Feuchtigkeit und Salznebel, elektromagnetische Feldstörungen usw. Unter den Durch den Einfluss der oben genannten Umweltbelastungen kann es bei Produkten zu Leistungseinbußen, Parameterabweichungen, Materialkorrosion usw. oder sogar zum Ausfall kommen.

Nachdem elektronische Produkte hergestellt wurden, von der Prüfung über die Inventarisierung und den Transport bis hin zur Verwendung und Wartung, sind sie alle Umweltbelastungen ausgesetzt, die dazu führen, dass sich die physikalischen, chemischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Produkts kontinuierlich ändern. Der Veränderungsprozess kann langsam oder langsam sein. Vorübergehend hängt alles von der Art des Umweltstresses und der Stärke des Stresses ab.

1. Temperaturstress

Elektronische Produkte halten Temperaturbelastungen in jeder Umgebung stand. Das Ausmaß der Temperaturbelastung hängt von der Art der Umgebung, der Produktstruktur und dem Betriebszustand ab. Temperaturstress umfasst stationären Temperaturstress und wechselnden Temperaturstress.

Unter stationärer Temperaturbelastung versteht man die Reaktionstemperatur elektronischer Produkte, wenn diese in einer bestimmten Temperaturumgebung betrieben oder gelagert werden. Wenn die Reaktionstemperatur den Grenzwert überschreitet, dem das Produkt standhalten kann, kann das Komponentenprodukt nicht innerhalb des angegebenen elektrischen Parameterbereichs arbeiten, was dazu führen kann, dass das Produktmaterial weicher wird und sich verformt, die Isolationsleistung abnimmt oder sogar überhitzt und brennen. Das Produkt ist zu diesem Zeitpunkt hohen Temperaturen ausgesetzt. Überbeanspruchung und Überbeanspruchung durch hohe Temperaturen können in kurzer Zeit zum Produktversagen führen; Wenn die Reaktionstemperatur den angegebenen Betriebstemperaturbereich des Produkts nicht überschreitet, manifestiert sich der Effekt der stationären Temperaturbelastung im Langzeiteffekt, und die Temperatur. Langzeiteffekte führen dazu, dass die Produktmaterialien allmählich altern und elektrisch Leistungsparameter können abweichen oder Toleranzen überschreiten, was schließlich zum Produktausfall führen kann. Für das Produkt ist die Temperaturbelastung, der es zu diesem Zeitpunkt ausgesetzt ist, eine langfristige Temperaturbelastung. Die Dauertemperaturbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, ergibt sich aus der Umgebungstemperaturbelastung des Produkts und der durch seinen eigenen Stromverbrauch erzeugten Wärme. Aufgrund eines Ausfalls des Kühlsystems oder eines Hochtemperatur-Wärmeflusslecks aus dem Gerät überschreitet die Temperatur der Komponente beispielsweise die Obergrenze der zulässigen Temperatur und die Komponente hält hohen Temperaturen stand. Überstress; Wenn die Temperatur der Lagerumgebung über einen längeren Zeitraum stabil ist, ist das Produkt einer langfristigen Temperaturbelastung ausgesetzt. Die Grenzfestigkeit elektronischer Produkte bei hohen Temperaturen kann durch den schrittweisen Hochtemperatur-Backtest bestimmt werden, und die Lebensdauer elektronischer Produkte, die bei Langzeittemperaturen betrieben werden, kann durch den stationären Lebensdauertest (Hochtemperaturbeschleunigung) bewertet werden.

Unter wechselnder Temperaturbelastung versteht man die thermische Belastung der Materialschnittstelle, die durch Temperaturänderungen verursacht wird, wenn sich ein elektronisches Produkt aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Funktionsmaterialien des Produkts in einem sich ändernden Temperaturzustand befindet. Wenn sich die Temperatur drastisch ändert, kann das Produkt an der Materialschnittstelle platzen und versagen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Produkt einer Überbeanspruchung durch Temperaturwechsel oder Temperaturschock ausgesetzt; Wenn sich die Temperatur relativ langsam ändert, zeigt sich der Effekt der sich ändernden Temperaturspannung langfristig. Die Materialschnittstelle hält weiterhin der thermischen Belastung stand, die bei Temperaturänderungen entsteht, und in lokalen Mikrobereichen können Mikrorissschäden auftreten. Dieser Schaden häuft sich allmählich an und führt schließlich zu Rissen oder Schäden an der Produkt-Material-Grenzfläche. Zu diesem Zeitpunkt ist das Produkt langfristigen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Stress oder Temperaturwechselstress. Die wechselnde Temperaturbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, ergibt sich aus den Temperaturänderungen der Umgebung, in der sich das Produkt befindet, und seinem eigenen Schaltzustand. Zum Beispiel beim Wechsel von einem warmen Innenraum in einen kalten Außenbereich, bei starker Sonneneinstrahlung, plötzlichem Regen oder Eintauchen in Wasser, schnelle Temperaturänderungen von Flugzeugen vom Boden in große Höhen, intermittierende Arbeit in Umgebungen mit kalten Zonen und der Sonne zugewandt und Back-Sun-Änderungen im Raum. Bei Veränderungen, Reflow-Löten und Nacharbeiten von Mikroschaltungsmodulen usw. ist das Produkt einer Temperaturschockbelastung ausgesetzt; Periodische Änderungen der natürlichen Klimatemperatur, intermittierende Arbeitsbedingungen, Änderungen der Betriebstemperatur des Gerätesystems selbst und Änderungen des Anrufvolumens von Kommunikationsgeräten führen dazu, dass das Gerät bei schwankendem Stromverbrauch einer Belastung durch Temperaturzyklen ausgesetzt ist. Mit dem Thermoschocktest kann die Widerstandsfähigkeit elektronischer Produkte gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen bewertet werden, und mit dem Temperaturzyklustest kann die Anpassungsfähigkeit elektronischer Produkte an den Langzeitbetrieb unter wechselnden hohen und niedrigen Temperaturbedingungen bewertet werden.

2. Mechanische Belastung

Zu den mechanischen Belastungen, denen elektronische Produkte ausgesetzt sind, gehören mechanische Vibrationen, mechanische Stöße und konstante Beschleunigung (Zentrifugalkraft).

Unter mechanischer Vibrationsbelastung versteht man eine mechanische Belastung, die durch elektronische Produkte erzeugt wird, die sich unter der Einwirkung äußerer Umgebungskräfte um eine bestimmte Gleichgewichtsposition hin- und herbewegen. Mechanische Schwingungen werden nach der Ursache ihrer Entstehung in freie Schwingungen, erzwungene Schwingungen und selbsterregte Schwingungen eingeteilt; Gemäß den Bewegungsregeln mechanischer Schwingungen wird sie in Sinusschwingungen und Zufallsschwingungen eingeteilt. Diese beiden Schwingungsformen haben unterschiedliche zerstörerische Wirkungen auf Produkte. Letzteres ist destruktiver. Größer, daher verwenden die meisten Vibrationstestbewertungen zufällige Vibrationstests. Die Auswirkungen mechanischer Vibrationen auf elektronische Produkte umfassen Verformungen, Biegungen, Risse, Brüche usw., die durch Vibrationen verursacht werden. Elektronische Produkte, die über einen längeren Zeitraum Vibrationsbelastungen ausgesetzt waren, führen aufgrund von Ermüdung zu Rissen in den strukturellen Schnittstellenmaterialien und zu mechanischem Ermüdungsversagen. Tritt diese Resonanz auf, führt dies zu Überlastungsrissen und führt zu sofortigen strukturellen Schäden an elektronischen Produkten. Die mechanische Vibrationsbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, ergibt sich aus den mechanischen Belastungen der Arbeitsumgebung, wie Rotation, Pulsation, Schwingung und anderen mechanischen Umweltbelastungen von Flugzeugen, Fahrzeugen, Schiffen, Luftfahrzeugen und bodenmechanischen Strukturen, insbesondere während des Transports, wenn das Produkt verwendet wird ist nicht in funktionstüchtigem Zustand. Und als fahrzeugmontierte oder fliegende Komponenten sind sie im Betrieb zwangsläufig mechanischen Vibrationsbelastungen ausgesetzt. Die Anpassungsfähigkeit elektronischer Produkte an sich wiederholende mechanische Vibrationen während des Betriebs kann durch mechanische Vibrationstests (insbesondere Zufallsvibrationstests) bewertet werden.

Unter mechanischer Stoßbeanspruchung versteht man eine mechanische Beanspruchung, die durch eine einzelne direkte Interaktion zwischen einem elektronischen Produkt und einem anderen Objekt (oder einer Komponente) unter Einwirkung äußerer Umgebungskräfte verursacht wird und zu einer plötzlichen Änderung der Kraft, Verschiebung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Produkts führt einen Augenblick. Stress. Unter Einwirkung mechanischer Stoßbeanspruchung können Produkte in sehr kurzer Zeit beträchtliche Energie freisetzen und übertragen, was zu schweren Schäden am Produkt führen kann, wie z. B. Fehlfunktionen elektronischer Produkte, sofortige Unterbrechung/Kurzschluss sowie Risse und Brüche des Produkts Montage- und Verpackungsstruktur. Warten. Im Gegensatz zu den kumulativen Schäden, die durch Langzeitvibrationen verursacht werden, handelt es sich bei den durch mechanische Stöße verursachten Schäden an Produkten um eine konzentrierte Energiefreisetzung. Daher ist die Größe des mechanischen Schlagtests groß und die Dauer des Schlagimpulses kurz. Der Spitzenwert der Produktschädigung ist der Hauptimpuls. Die Dauer des Impulses beträgt nur wenige Millisekunden bis mehrere zehn Millisekunden, und die Vibration nach dem Hauptimpuls lässt schnell nach. Die Größe dieser mechanischen Stoßbeanspruchung wird durch die Spitzenbeschleunigung und die Dauer des Stoßimpulses bestimmt. Die Größe der Spitzenbeschleunigung spiegelt die Größe der auf das Produkt ausgeübten Aufprallkraft wider, während die Auswirkung der Dauer des Aufprallimpulses auf das Produkt mit der Eigenfrequenz des Produkts zusammenhängt. verwandt. Die mechanische Stoßbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, ist auf drastische Veränderungen im mechanischen Zustand elektronischer Geräte und Anlagen zurückzuführen, wie z. B. Notbremsungen und Aufprall von Fahrzeugen, Abwürfe und Abstürze von Flugzeugen, Artilleriefeuer, Explosionen chemischer Energie und nukleare Explosionen. Raketenexplosionen usw. Starke mechanische Einwirkungen, plötzliche Krafteinwirkung oder plötzliche Bewegungen durch Be- und Entladen, Transport oder Arbeiten vor Ort führen ebenfalls dazu, dass das Produkt mechanischen Einwirkungen standhält. Mit mechanischen Aufpralltests kann die Anpassungsfähigkeit elektronischer Produkte (z. B. Schaltkreisstrukturen) an nicht wiederkehrende mechanische Einwirkungen während des Gebrauchs und Transports bewertet werden.

Unter Belastung mit konstanter Beschleunigung (Zentrifugalkraft) versteht man eine Zentrifugalkraft, die durch die kontinuierliche Änderung der Bewegungsrichtung des Trägers entsteht, wenn elektronische Produkte auf einem sich bewegenden Träger arbeiten. Die Zentrifugalkraft ist eine virtuelle Trägheitskraft, die dafür sorgt, dass sich ein rotierendes Objekt vom Rotationszentrum wegbewegt. Die Zentrifugalkraft ist gleich groß und entgegengesetzt gerichtet zur Zentripetalkraft. Sobald die Zentripetalkraft, die durch die äußere Nettokraft entsteht und auf den Mittelpunkt des Kreises zeigt, verschwindet, dreht sich das rotierende Objekt nicht mehr. Stattdessen fliegt es in diesem Moment entlang der Tangentenrichtung der Rotationsbahn heraus und das Produkt wird in diesem Moment beschädigt. Die Größe der Zentrifugalkraft hängt von der Masse, Geschwindigkeit und Beschleunigung (Rotationsradius) des bewegten Objekts ab. Bei elektronischen Bauteilen, die nicht fest verschweißt sind, kommt es durch die Ablösung der Lötstellen unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zum Wegfliegen der Bauteile, was zum Wegfliegen der Bauteile führt. Produktfehler. Die Zentrifugalkraft, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, ergibt sich aus dem sich ständig ändernden Betriebszustand elektronischer Geräte und Geräte in der Bewegungsrichtung, wie z. B. Richtungsänderungen von fahrenden Fahrzeugen, Flugzeugen, Raketen und Flugkörpern usw., wodurch elektronische Geräte und interne Geräte verursacht werden Komponenten, die anderen Zentrifugalkräften als der Schwerkraft standhalten. Seine Aktionszeit reicht von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten, am Beispiel von Raketen und Flugkörpern. Sobald die Richtungsänderung abgeschlossen ist, verschwindet die Zentrifugalkraft und die Zentrifugalkraft wirkt wieder, wenn die Richtung erneut geändert wird, wodurch eine langfristig kontinuierliche Zentrifugalkraft entstehen kann. Die Festigkeit der Schweißstruktur elektronischer Produkte, insbesondere großvolumiger oberflächenmontierter Komponenten, kann durch Tests mit konstanter Beschleunigung (Zentrifugaltests) bewertet werden.

3. Feuchtigkeitsstress

Unter Feuchtigkeitsstress versteht man den Feuchtigkeitsstress, dem elektronische Produkte ausgesetzt sind, wenn sie in einer atmosphärischen Umgebung mit einer bestimmten Luftfeuchtigkeit arbeiten. Elektronische Produkte reagieren sehr empfindlich auf Feuchtigkeit. Sobald die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung 30 % relative Luftfeuchtigkeit überschreitet, können die Metallmaterialien der Produkte korrodieren und die elektrischen Leistungsparameter können abweichen oder Toleranzen überschreiten. Unter langfristigen Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit nimmt beispielsweise die Isolationsleistung von Isoliermaterialien nach der Aufnahme von Feuchtigkeit ab, was zu Kurzschlüssen oder elektrischen Hochspannungsschlägen führt. Bei kontaktbehafteten elektronischen Bauteilen wie Steckern, Buchsen usw. kommt es bei Anlagerung von Feuchtigkeit an der Oberfläche leicht zu Korrosion und zur Bildung eines Oxidfilms. Dadurch erhöht sich der Widerstand der Kontaktvorrichtung und in schweren Fällen wird der Stromkreis blockiert. In einer sehr feuchten Umgebung kann es durch Nebel oder Wasserdampf zu Funkenbildung kommen, wenn die Relaiskontakte betätigt werden und diese dann nicht mehr funktionieren. Halbleiterchips reagieren empfindlicher auf Wasserdampf, und sobald Wasserdampf auf der Oberfläche des Chips auftritt. Wenn dieser den Standard überschreitet, wird die Korrosion der Al-Verkabelung extrem schnell. Um zu verhindern, dass elektronische Komponenten durch Wasserdampf korrodieren, werden Kapselungs- oder luftdichte Verpackungstechnologien eingesetzt, um die Komponenten von der Außenatmosphäre und Verschmutzung zu isolieren. Die Feuchtigkeitsbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, entsteht durch den Wasserdampf, der sich in der Arbeitsumgebung elektronischer Geräte und Geräte an der Oberfläche der Materialien ansammelt, und durch den Wasserdampf, der in die Komponenten eindringt. Das Ausmaß der Feuchtigkeitsbelastung hängt von der Umgebungsfeuchtigkeit ab. Die südöstlichen Küstengebiete meines Landes sind Gebiete mit hoher Luftfeuchtigkeit. Vor allem im Frühling und Sommer erreicht die relative Luftfeuchtigkeit ein Maximum von über 90 % RH. Der Einfluss von Luftfeuchtigkeit ist ein unvermeidbares Problem. Die Anpassungsfähigkeit elektronischer Produkte für die Verwendung oder Lagerung unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit kann durch Dauertests bei feuchter Hitze und Tests zur Feuchtigkeitsbeständigkeit bewertet werden.

4. Salzsprühstress

Unter Salzsprühbelastung versteht man die Salzsprühbelastung, der die Materialoberfläche ausgesetzt ist, wenn elektronische Produkte in einer atmosphärischen Dispersionsumgebung aus salzhaltigen winzigen Tröpfchen betrieben werden. Salznebel kommt im Allgemeinen aus dem Meeresklima und dem Salzseeklima im Binnenland. Seine Hauptbestandteile sind NaCl und Wasserdampf. Das Vorhandensein von Na+- und Cl--Ionen ist die Hauptursache für die Korrosion von Metallmaterialien. Wenn Salznebel an der Oberfläche eines Isolators haftet, verringert sich dessen Oberflächenwiderstand. Nachdem der Isolator die Salzlösung absorbiert hat, verringert sich sein Durchgangswiderstand um 4 Größenordnungen. Wenn Salznebel an der Oberfläche beweglicher mechanischer Teile anhaftet, erhöht sich die Bildung von Korrosionsprodukten. Bei einem zu großen Reibungskoeffizienten kann es sogar zum Festklemmen beweglicher Teile kommen; Obwohl Verkapselungs- und luftdichte Verpackungstechnologien eingesetzt werden, um Korrosion von Halbleiterchips zu vermeiden, verlieren die externen Pins elektronischer Geräte aufgrund von Salzsprühkorrosion oft zwangsläufig ihre Funktion; Korrosion auf der Leiterplatte kann zu einem Kurzschluss benachbarter Leitungen führen. Die Salzsprühbelastung, der elektronische Produkte ausgesetzt sind, entsteht durch den salzhaltigen Nebel in der atmosphärischen Umgebung. In Küstengebieten oder auf Schiffen und Kriegsschiffen enthält die Atmosphäre viel Salz, was gravierende Auswirkungen auf die Verpackung elektronischer Komponenten hat. Die Anpassungsfähigkeit von Elektronikgehäusen an Salzsprühnebel kann durch die Beschleunigung der Korrosion durch einen Salzsprühnebeltest bewertet werden.

5. Elektromagnetischer Stress

Elektromagnetischer Stress bezieht sich auf den elektromagnetischen Stress, dem elektronische Produkte im elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind, wobei sich das elektrische Feld und das magnetische Feld interaktiv ändern. Das elektromagnetische Feld umfasst zwei Aspekte: elektrisches Feld und magnetisches Feld, deren Eigenschaften durch die elektrische Feldstärke E (oder elektrische Verschiebung D) bzw. die magnetische Flussdichte B (oder magnetische Feldstärke H) dargestellt werden. Im elektromagnetischen Feld sind das elektrische Feld und das magnetische Feld eng miteinander verbunden. Ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld erzeugt ein magnetisches Feld, und ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld erzeugt ein elektrisches Feld. Das elektrische Feld und das magnetische Feld regen sich gegenseitig an, wodurch durch die Bewegung des elektromagnetischen Feldes elektromagnetische Wellen entstehen. Elektromagnetische Wellen können sich im Vakuum oder in Materie selbst ausbreiten. Das elektrische Feld und das magnetische Feld schwingen gleichphasig und stehen senkrecht zueinander. Sie bewegen sich wellenförmig im Raum. Das bewegte elektrische Feld, das magnetische Feld und die Ausbreitungsrichtung stehen senkrecht zueinander. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im Vakuum ist die Lichtgeschwindigkeit (3×10^8m/s). Normalerweise sind die elektromagnetischen Wellen, auf die sich elektromagnetische Störungen konzentrieren, Radiowellen und Mikrowellen. Je höher die Frequenz elektromagnetischer Wellen ist, desto größer ist die elektromagnetische Strahlungsfähigkeit. Bei elektronischen Komponentenprodukten ist die elektromagnetische Interferenz (EMI) des elektromagnetischen Feldes der Hauptfaktor, der die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Komponente beeinflusst. Diese Quelle elektromagnetischer Störungen entsteht durch die gegenseitige Beeinflussung interner Komponenten der elektronischen Komponente und die Beeinflussung durch externe elektronische Geräte. Kann schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung und Funktionalität elektronischer Komponenten haben. Wenn beispielsweise die magnetischen Komponenten im DC/DC-Leistungsmodul elektromagnetische Störungen an elektronischen Geräten verursachen, wirkt sich dies direkt auf die Parameter der Ausgangswelligkeitsspannung aus; Die Auswirkungen von Hochfrequenzstrahlung auf elektronische Produkte gelangen direkt über die Produkthülle in den internen Schaltkreis oder werden in eine leitungsgebundene Belästigung umgewandelt, die in das Produkt eindringt. Die Fähigkeit elektronischer Komponenten, elektromagnetische Störungen zu verhindern, kann durch elektromagnetische Verträglichkeitstests und Nahfeld-Scantests im elektromagnetischen Feld bewertet werden.