Principales tensiones ambientales que causan fallas en los productos electrónicos

Durante el proceso de trabajo de los productos electrónicos, además de las tensiones eléctricas como el voltaje y la corriente de las cargas eléctricas, las tensiones ambientales también incluyen altas temperaturas y ciclos de temperatura, vibraciones e impactos mecánicos, humedad y niebla salina, interferencias de campos electromagnéticos, etc. Debido a la influencia del estrés ambiental mencionado anteriormente, los productos pueden experimentar degradación del rendimiento, variación de parámetros, corrosión del material, etc., o incluso fallar.

Una vez fabricados los productos electrónicos, desde la selección, el inventario, el transporte hasta el uso y el mantenimiento, todos se ven afectados por el estrés ambiental, lo que hace que las propiedades físicas, químicas, mecánicas y eléctricas del producto cambien continuamente. El proceso de cambio puede ser lento o lento. Transitorio, todo depende del tipo de estrés ambiental y de la magnitud del estrés.

1. Estrés por temperatura

Los productos electrónicos resistirán el estrés térmico en cualquier entorno. La magnitud del estrés térmico depende del tipo de entorno, la estructura del producto y el estado de funcionamiento. El estrés por temperatura incluye el estrés por temperatura en estado estacionario y el estrés por temperatura cambiante.

El estrés por temperatura en estado estacionario se refiere a la temperatura de respuesta de los productos electrónicos cuando se operan o almacenan en un ambiente de temperatura determinada. Cuando la temperatura de respuesta excede el límite que el producto puede soportar, el producto componente no podrá funcionar dentro del rango de parámetros eléctricos especificado, lo que puede causar que el material del producto se ablande y se deforme, o que el rendimiento del aislamiento disminuya o incluso se sobrecaliente. y quemar. El producto se somete a altas temperaturas en este momento. El estrés excesivo y el estrés excesivo por altas temperaturas pueden causar fallas en el producto en un corto período de tiempo; cuando la temperatura de respuesta no excede el rango de temperatura de funcionamiento especificado del producto, el efecto del estrés por temperatura en estado estacionario se manifiesta en el efecto a largo plazo y la temperatura Los efectos a largo plazo harán que los materiales del producto envejezcan gradualmente y la electricidad los parámetros de rendimiento se desvíen o excedan las tolerancias, lo que eventualmente provocará fallas en el producto. Para el producto, el estrés térmico que soporta en este momento es un estrés térmico a largo plazo. El estrés por temperatura en estado estacionario que experimentan los productos electrónicos proviene de la carga de temperatura ambiente del producto y del calor generado por su propio consumo de energía. Por ejemplo, debido a una falla del sistema de enfriamiento o una fuga de flujo de calor a alta temperatura del equipo, la temperatura del componente excederá el límite superior de la temperatura permitida y el componente resistirá altas temperaturas. Sobreestrés; cuando la temperatura del ambiente de almacenamiento es estable durante mucho tiempo, el producto está sujeto a estrés térmico a largo plazo. La capacidad límite de resistencia a altas temperaturas de los productos electrónicos se puede determinar mediante la prueba escalonada de horneado a alta temperatura, y la vida útil de los productos electrónicos que funcionan a temperaturas prolongadas se puede evaluar mediante la prueba de vida en estado estable (aceleración a alta temperatura).

El estrés por cambio de temperatura se refiere al estrés térmico en la interfaz del material causado por cambios de temperatura cuando un producto electrónico está en un estado de temperatura cambiante debido a la diferencia en el coeficiente de expansión térmica de cada material funcional del producto. Cuando la temperatura cambia drásticamente, el producto puede explotar en la interfaz del material y fallar. En este momento, el producto está sujeto a estrés excesivo por cambio de temperatura o estrés por choque térmico; cuando la temperatura cambia relativamente lentamente, el efecto del cambio de tensión de temperatura se manifiesta como un largo plazo. La interfaz del material continúa resistiendo la tensión térmica generada bajo cambios de temperatura, y pueden ocurrir daños por microfisuras en microáreas locales. Este daño se acumula gradualmente y eventualmente provoca grietas o daños en la interfaz del material del producto. En este momento, el producto está sujeto a cambios de temperatura prolongados. Estrés o estrés por ciclo de temperatura. El estrés por cambio de temperatura que experimentan los productos electrónicos proviene de los cambios de temperatura del entorno en el que se encuentra el producto y de su propio estado de conmutación. Por ejemplo, al pasar de un interior cálido a un exterior frío, bajo una fuerte radiación solar, lluvia repentina o inmersión en agua, cambios rápidos de temperatura de la aeronave desde el suelo a gran altitud, trabajo intermitente en entornos de zonas frías y la exposición al sol. y cambios en el espacio detrás del sol. Al realizar cambios, soldadura por reflujo y reelaboración de módulos de microcircuitos, etc., el producto está sujeto a choques térmicos; Los cambios periódicos en la temperatura del clima natural, las condiciones de trabajo intermitentes, los cambios en la temperatura de funcionamiento del sistema del equipo en sí y los cambios en el volumen de llamadas de los equipos de comunicación hacen que el equipo cuando el consumo de energía fluctúa, el producto está sujeto a estrés por ciclos de temperatura. La prueba de choque térmico se puede utilizar para evaluar la resistencia de los productos electrónicos a cambios repentinos de temperatura, y la prueba del ciclo de temperatura se puede utilizar para evaluar la adaptabilidad de los productos electrónicos al funcionamiento a largo plazo en condiciones alternas de temperatura alta y baja.

2. Estrés mecánico

Las tensiones mecánicas que soportan los productos electrónicos incluyen vibración mecánica, choque mecánico y aceleración constante (fuerza centrífuga).

La tensión de vibración mecánica se refiere a una tensión mecánica generada por productos electrónicos que oscilan alrededor de una determinada posición de equilibrio bajo la acción de fuerzas ambientales externas. La vibración mecánica se clasifica según la causa de su generación en vibración libre, vibración forzada y vibración autoexcitada; Según las reglas del movimiento de la vibración mecánica, se clasifica en vibración sinusoidal y vibración aleatoria. Estas dos formas de vibración tienen diferentes poderes destructivos sobre los productos. Este último es más destructivo. Es más grande, por lo que la mayoría de las evaluaciones de pruebas de vibración adoptan pruebas de vibración aleatorias. El impacto de la vibración mecánica en los productos electrónicos incluye deformación, flexión, grietas, fracturas, etc. causadas por la vibración. Los productos electrónicos que han estado bajo la acción de vibraciones durante mucho tiempo provocarán que los materiales de la interfaz estructural se agrieten debido a la fatiga y provocarán fallas por fatiga mecánica; Si esto ocurre, la resonancia provoca fallas por agrietamiento por sobretensión, lo que causa daños estructurales instantáneos a los productos electrónicos. La tensión de vibración mecánica que soportan los productos electrónicos proviene de las cargas mecánicas del entorno de trabajo, como rotación, pulsación, oscilación y otras cargas mecánicas ambientales de aviones, vehículos, barcos, vehículos aéreos y estructuras mecánicas terrestres, especialmente durante el transporte cuando el producto no está en condiciones de funcionar. Y como componentes montados en vehículos o en el aire, están inevitablemente sujetos a vibraciones mecánicas durante su funcionamiento. La adaptabilidad de los productos electrónicos a vibraciones mecánicas repetitivas durante el funcionamiento se puede evaluar mediante pruebas de vibración mecánica (especialmente pruebas de vibración aleatoria).

El estrés por impacto mecánico se refiere a un estrés mecánico causado por una única interacción directa entre un producto electrónico y otro objeto (o componente) bajo la acción de fuerzas ambientales externas, lo que resulta en un cambio repentino de fuerza, desplazamiento, velocidad o aceleración del producto en un instante. Estrés. Bajo la acción de la tensión de impacto mecánico, los productos pueden liberar y transferir una energía considerable en un período de tiempo muy corto, causando daños graves al producto, como mal funcionamiento de los productos electrónicos, apertura/cortocircuito instantáneo y grietas y fracturas del Estructura de montaje y embalaje. esperar. A diferencia del daño acumulativo causado por vibraciones prolongadas, el daño a los productos causado por impacto mecánico es una liberación concentrada de energía. Por tanto, la magnitud de la prueba de impacto mecánico es grande y la duración del impulso de impacto es corta. El valor máximo de daño del producto es el principal. La duración del pulso es de solo unos pocos milisegundos a decenas de milisegundos, y la vibración después del pulso principal decae rápidamente. La magnitud de esta tensión de impacto mecánico está determinada por la aceleración máxima y la duración del pulso de impacto. La magnitud de la aceleración máxima refleja la magnitud de la fuerza de impacto aplicada al producto, mientras que el impacto de la duración del impulso de impacto sobre el producto está relacionado con la frecuencia natural del producto. relacionado. La tensión de impacto mecánico que soportan los productos electrónicos proviene de cambios drásticos en el estado mecánico de los equipos y equipos electrónicos, como frenado de emergencia e impacto de vehículos, lanzamientos desde el aire y accidentes de aeronaves, lanzamiento de fuego de artillería, explosiones de energía química y explosiones nucleares. explosiones de misiles, etc. Un fuerte impacto mecánico, fuerza repentina o movimiento repentino debido a la carga, descarga, transporte o trabajo en el sitio también harán que el producto resista el impacto mecánico. Las pruebas de impacto mecánico se pueden utilizar para evaluar la adaptabilidad de productos electrónicos (como estructuras de circuitos) a impactos mecánicos no repetitivos durante el uso y el transporte.

El estrés de aceleración constante (fuerza centrífuga) se refiere a una fuerza centrífuga generada por el cambio continuo de la dirección del movimiento del soporte cuando los productos electrónicos están trabajando en un soporte en movimiento. La fuerza centrífuga es una fuerza de inercia virtual que mantiene un objeto en rotación alejándose del centro de rotación. La fuerza centrífuga es igual en tamaño y de dirección opuesta a la fuerza centrípeta. Una vez que desaparece la fuerza centrípeta formada por la fuerza externa neta y que apunta al centro del círculo, el objeto giratorio ya no girará. En cambio, sale volando a lo largo de la dirección tangente de la trayectoria de rotación en este momento y el producto se daña en ese momento. El tamaño de la fuerza centrífuga está relacionado con la masa, la velocidad y la aceleración (radio de rotación) del objeto en movimiento. Para los componentes electrónicos que no están firmemente soldados, los componentes saldrán volando debido al desprendimiento de las uniones de soldadura bajo la acción de la fuerza centrífuga, lo que hará que los componentes salgan volando. Fallo del producto. La fuerza centrífuga que soportan los productos electrónicos proviene del estado operativo que cambia continuamente de los equipos electrónicos y de los equipos en la dirección del movimiento, como los cambios de dirección de vehículos en marcha, aviones, cohetes y misiles, etc., lo que provoca que los equipos electrónicos y los internos componentes para resistir fuerzas centrífugas distintas de la gravedad. Su tiempo de acción oscila entre unos segundos y unos minutos, tomando como ejemplo los cohetes y misiles. Una vez que se completa el cambio de dirección, la fuerza centrífuga desaparece y la fuerza centrífuga actúa nuevamente cuando se cambia la dirección nuevamente, lo que puede formar una fuerza centrífuga continua a largo plazo. La firmeza de la estructura de soldadura de productos electrónicos, especialmente componentes de montaje superficial de gran volumen, se puede evaluar mediante pruebas de aceleración constante (pruebas centrífugas).

3. Estrés por humedad

El estrés por humedad se refiere al estrés por humedad que soportan los productos electrónicos cuando trabajan en un entorno atmosférico con cierta humedad. Los productos electrónicos son muy sensibles a la humedad. Una vez que la humedad relativa del ambiente supera el 30 % de humedad relativa, los materiales metálicos de los productos pueden corroerse y los parámetros de rendimiento eléctrico pueden variar o superar las tolerancias. Por ejemplo, en condiciones prolongadas de alta humedad, el rendimiento de aislamiento de los materiales aislantes disminuirá después de absorber la humedad, lo que provocará cortocircuitos o descargas eléctricas de alto voltaje; Para componentes electrónicos de contacto, como enchufes, enchufes, etc., cuando se adhiere humedad a la superficie, se producirá corrosión fácilmente y se formará una película de óxido. , provocando que la resistencia del dispositivo de contacto aumente y, en casos severos, el circuito se bloqueará; en un ambiente muy húmedo, la niebla o el vapor de agua provocarán que aparezcan chispas cuando los contactos del relé funcionen y ya no podrán funcionar; los chips semiconductores son más sensibles al vapor de agua y, una vez que se produce vapor de agua en la superficie del chip, si excede el estándar, la corrosión del cableado Al será extremadamente rápida; Para evitar que los componentes electrónicos se corroan con el vapor de agua, se utiliza tecnología de encapsulación o embalaje hermético para aislar los componentes de la atmósfera exterior y la contaminación. El estrés por humedad que soportan los productos electrónicos proviene del vapor de agua adherido a la superficie de los materiales en el entorno de trabajo de los equipos y equipos electrónicos y del vapor de agua que penetra en los componentes. La magnitud del estrés hídrico está relacionada con el nivel de humedad ambiental. Las zonas costeras del sureste de mi país son zonas con alta humedad. Especialmente en primavera y verano, la humedad relativa alcanza un máximo de más del 90% de humedad relativa. La influencia de la humedad es un problema inevitable. La adaptabilidad de los productos electrónicos para su uso o almacenamiento en condiciones de alta humedad se puede evaluar mediante pruebas de calor húmedo en estado estacionario y pruebas de resistencia a la humedad.

4. Estrés por niebla salina

El estrés por niebla salina se refiere al estrés por niebla salina que soporta la superficie del material cuando los productos electrónicos funcionan en un entorno de dispersión atmosférica compuesto de pequeñas gotas que contienen sal. La niebla salina generalmente proviene del entorno climático marino y del entorno climático del lago salado interior. Sus componentes principales son NaCl y vapor de agua. La presencia de iones Na+ y Cl- es la causa fundamental de la corrosión de los materiales metálicos. Cuando la niebla salina se adhiere a la superficie de un aislante, se reducirá su resistencia superficial. Después de que el aislador absorba la solución salina, su resistencia volumétrica se reducirá en 4 órdenes de magnitud. Cuando la niebla salina se adhiere a la superficie de piezas mecánicas en movimiento, aumenta la producción de productos de corrosión. Si el coeficiente de fricción es demasiado grande, las piezas móviles pueden incluso atascarse; aunque se adopta la tecnología de encapsulación y embalaje hermético para evitar la corrosión de los chips semiconductores, las clavijas externas de los dispositivos electrónicos inevitablemente a menudo pierden su función debido a la corrosión por niebla salina; La corrosión en la PCB puede provocar un cortocircuito en el cableado adyacente. El estrés de la niebla salina que soportan los productos electrónicos proviene de la niebla que contiene sal en el entorno atmosférico. En las zonas costeras o en barcos y buques de guerra, la atmósfera contiene mucha sal, lo que tiene un grave impacto en el embalaje de los componentes electrónicos. La adaptabilidad de los paquetes electrónicos a la niebla salina se puede evaluar acelerando la corrosión mediante una prueba de niebla salina.

5. Estrés electromagnético

El estrés electromagnético se refiere al estrés electromagnético que soportan los productos electrónicos en el campo electromagnético donde el campo eléctrico y el campo magnético cambian de forma interactiva. El campo electromagnético incluye dos aspectos: campo eléctrico y campo magnético, cuyas características están representadas por la intensidad del campo eléctrico E (o desplazamiento eléctrico D) y la densidad de flujo magnético B (o intensidad del campo magnético H) respectivamente. En el campo electromagnético, el campo eléctrico y el campo magnético están estrechamente relacionados. Un campo eléctrico variable en el tiempo provocará un campo magnético, y un campo magnético variable en el tiempo provocará un campo eléctrico. El campo eléctrico y el campo magnético se excitan entre sí, provocando que el movimiento del campo electromagnético forme ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas pueden autopropagarse en el vacío o en la materia. El campo eléctrico y el campo magnético oscilan en fase y son perpendiculares entre sí. Se mueven en forma de ondas en el espacio. El campo eléctrico en movimiento, el campo magnético y la dirección de propagación son perpendiculares entre sí. La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es la velocidad de la luz (3×10^8m/s). Por lo general, las ondas electromagnéticas en las que se centra la interferencia electromagnética son las ondas de radio y las microondas. Cuanto mayor sea la frecuencia de las ondas electromagnéticas, mayor será la capacidad de radiación electromagnética. Para productos de componentes electrónicos, la interferencia electromagnética (EMI) del campo electromagnético es el factor principal que afecta la compatibilidad electromagnética (EMC) del componente. Esta fuente de interferencia electromagnética proviene de la interferencia mutua entre los componentes internos del componente electrónico y la interferencia del equipo electrónico externo. Puede tener efectos graves sobre el rendimiento y la funcionalidad de los componentes electrónicos. Por ejemplo, si los componentes magnéticos dentro del módulo de alimentación CC/CC causan interferencias electromagnéticas en los dispositivos electrónicos, afectarán directamente los parámetros del voltaje de ondulación de salida; el impacto de la radiación de radiofrecuencia en los productos electrónicos ingresará directamente al circuito interno a través de la carcasa del producto o se convertirá en un acoso realizado que ingresa al producto. La capacidad antiinterferencia electromagnética de los componentes electrónicos se puede evaluar mediante pruebas de compatibilidad electromagnética y pruebas de escaneo de campo cercano electromagnético.