מתחים סביבתיים עיקריים הגורמים לכשל במוצר אלקטרוני

במהלך תהליך העבודה של מוצרים אלקטרוניים, בנוסף ללחצים חשמליים כגון מתח וזרם של עומסים חשמליים, מתחים סביבתיים כוללים גם מחזורי טמפרטורה וטמפרטורה גבוהים, רטט מכאני והשפעה, תרסיס לחות ומלח, הפרעות בשדה אלקטרומגנטי וכו'. השפעת הלחץ הסביבתי לעיל, מוצרים עשויים לחוות ירידה בביצועים, סחיפה של פרמטרים, קורוזיה של חומרים וכו', או אפילו להיכשל.

לאחר ייצור מוצרים אלקטרוניים, מההקרנה, המלאי, הובלה ועד לשימוש ותחזוקה, כולם מושפעים מלחץ סביבתי, מה שגורם לשינוי מתמיד בתכונות הפיזיקליות, הכימיות, המכניות והחשמליות של המוצר. תהליך השינוי יכול להיות איטי או איטי. חולף, הכל תלוי בסוג הלחץ הסביבתי ובגודל הלחץ.

1. לחץ טמפרטורה

מוצרים אלקטרוניים יעמדו בלחץ טמפרטורה בכל סביבה. גודל לחץ הטמפרטורה תלוי בסוג הסביבה, מבנה המוצר ומצב העבודה. לחץ טמפרטורה כולל לחץ טמפרטורה במצב יציב ולחץ טמפרטורה משתנה.

לחץ טמפרטורה במצב יציב מתייחס לטמפרטורת התגובה של מוצרים אלקטרוניים כאשר הם מופעלים או מאוחסנים בסביבת טמפרטורה מסוימת. כאשר טמפרטורת התגובה עולה על הגבול שהמוצר יכול לעמוד בו, המוצר הרכיב לא יוכל לעבוד בטווח הפרמטרים החשמליים שצוין, מה שעלול לגרום לחומר המוצר להתרכך ולהתעוות, או לירידה בביצועי הבידוד, או אפילו להתחמם יתר על המידה. ולשרוף. המוצר נתון לטמפרטורות גבוהות בשלב זה. מתח יתר ולחץ יתר בטמפרטורה גבוהה עלולים לגרום לכשל במוצר תוך פרק זמן קצר; כאשר טמפרטורת התגובה אינה חורגת מטווח טמפרטורת ההפעלה שצוין של המוצר, ההשפעה של לחץ טמפרטורה במצב יציב מתבטאת בהשפעה ארוכת הטווח, והטמפרטורה השפעות ארוכות טווח יגרמו לחומרי המוצר להזדקן בהדרגה ולחשמל. פרמטרי ביצועים להיסחף או לחרוג מהסובלנות, מה שיוביל בסופו של דבר לכשל במוצר. עבור המוצר, לחץ הטמפרטורה שהוא סובל בזמן זה הוא לחץ טמפרטורה ארוך טווח. לחץ הטמפרטורה במצב יציב שחווים מוצרים אלקטרוניים נובע מעומס טמפרטורת הסביבה של המוצר ומהחום שנוצר מצריכת החשמל שלו. לדוגמה, עקב כשל במערכת הקירור או דליפת זרימת חום בטמפרטורה גבוהה מהציוד, טמפרטורת הרכיב תחרוג מהגבול העליון של הטמפרטורה המותרת, והרכיב יעמוד בטמפרטורות גבוהות. לחץ יתר; כאשר טמפרטורת סביבת האחסון יציבה לאורך זמן, המוצר נתון ללחץ טמפרטורה ארוך טווח. ניתן לקבוע את יכולת הגבלת ההתנגדות לטמפרטורה גבוהה של מוצרים אלקטרוניים באמצעות שלב מבחן האפייה בטמפרטורה גבוהה, וניתן להעריך את תוחלת החיים של מוצרים אלקטרוניים הפועלים בטמפרטורות ארוכות טווח באמצעות מבחן החיים במצב יציב (האצת טמפרטורה גבוהה).

מתח טמפרטורה משתנה מתייחס ללחץ התרמי על ממשק החומר הנגרם משינויי טמפרטורה כאשר מוצר אלקטרוני נמצא במצב טמפרטורה משתנה עקב ההבדל במקדם ההתפשטות התרמית של כל חומר פונקציונלי של המוצר. כאשר הטמפרטורה משתנה באופן דרסטי, המוצר עלול להתפוצץ בממשק החומר ולהיכשל. בשלב זה, המוצר נתון ללחץ יתר בשינוי טמפרטורה או ללחץ הלם טמפרטורה; כאשר הטמפרטורה משתנה באיטיות יחסית, ההשפעה של שינוי מתח הטמפרטורה באה לידי ביטוי כטווח ארוך ממשק החומר ממשיך לעמוד בלחץ התרמי הנוצר בשינויי טמפרטורה, ונזקי מיקרו-סדקים עלולים להתרחש באזורי מיקרו מקומיים. נזק זה מצטבר בהדרגה, ובסופו של דבר מוביל לסדקים או נזק לממשק החומר של המוצר. בשלב זה, המוצר נתון לשינויי טמפרטורה ארוכי טווח. מתח או מתח מחזורי טמפרטורה. מתח הטמפרטורה המשתנה שחווים מוצרים אלקטרוניים נובע משינויי הטמפרטורה של הסביבה בה נמצא המוצר וממצב המעבר שלו. לדוגמה, כאשר עוברים ממקום פנימי חמים לחוץ קר, תחת קרינת שמש חזקה, גשם פתאומי או טבילה במים, שינויי טמפרטורה מהירים של מטוסים מהקרקע לגובה רב, עבודה לסירוגין בסביבות אזור קר, ופני השמש. ושינויי השמש האחורית בחלל. שינויים, הלחמה חוזרת ועיבוד מחדש של מודולים מיקרו-מעגלים וכו ', המוצר נתון ללחץ הלם טמפרטורה; שינויים תקופתיים בטמפרטורת האקלים הטבעית, תנאי עבודה לסירוגין, שינויים בטמפרטורת הפעולה של מערכת הציוד עצמה ושינויים בנפח השיחה של ציוד תקשורת גורמים לציוד כאשר צריכת החשמל משתנה, המוצר נתון ללחץ מחזורי טמפרטורה. ניתן להשתמש במבחן ההלם התרמי כדי להעריך את ההתנגדות של מוצרים אלקטרוניים לשינויים פתאומיים בטמפרטורה, וניתן להשתמש במבחן מחזור הטמפרטורה כדי להעריך את יכולת ההסתגלות של מוצרים אלקטרוניים לפעולה ארוכת טווח בתנאי טמפרטורה גבוהים ונמוכים מתחלפים.

2. לחץ מכני

הלחצים המכניים שסופגים מוצרים אלקטרוניים כוללים רטט מכני, זעזוע מכני ותאוצה מתמדת (כוח צנטריפוגלי).

לחץ רטט מכני מתייחס ללחץ מכני שנוצר על ידי מוצרים אלקטרוניים החוזרים סביב מיקום שיווי משקל מסוים תחת פעולת כוחות סביבתיים חיצוניים. רטט מכאני מסווג לפי הגורם להיווצרותו לרטט חופשי, רטט מאולץ ורטט מעורר עצמי; על פי כללי התנועה של רטט מכאני, הוא מסווג לרטט סינוסואידי ורטט אקראי. לשתי צורות הרטט הללו יש כוחות הרס שונים על מוצרים. האחרון יותר הרסני. גדול יותר, כך שרוב הערכות בדיקות הרטט מאמצות בדיקות רטט אקראיות. ההשפעה של רטט מכאני על מוצרים אלקטרוניים כוללת דפורמציה, כיפוף, סדקים, שברים וכו' הנגרמים מרטט. מוצרים אלקטרוניים שהיו תחת פעולת לחץ רטט במשך זמן רב יגרמו לחומרי הממשק המבני להיסדק עקב עייפות ויגרמו לכשל עייפות מכנית; אם זה מתרחש, תהודה מובילה לכשל בפיצוח מתח יתר, הגורם לנזק מבני מיידי למוצרים אלקטרוניים. מתח הרטט המכני שמוצרים אלקטרוניים נושאים נובע מהעומסים המכניים של סביבת העבודה, כגון סיבוב, פעימה, תנודה ועומסים מכניים סביבתיים אחרים של מטוסים, כלי רכב, ספינות, כלי טיס ומבנים מכאניים קרקעיים, במיוחד במהלך הובלה כאשר המוצר אינו במצב עבודה. וכרכיבים מותקנים ברכב או מוטסים, הם נתונים בהכרח ללחץ רטט מכני במהלך הפעולה. ניתן להעריך את יכולת ההסתגלות של מוצרים אלקטרוניים לרעידות מכניות חוזרות במהלך הפעולה באמצעות בדיקות רטט מכניות (במיוחד בדיקות רטט אקראיות).

לחץ פגיעה מכני מתייחס ללחץ מכני הנגרם מאינטראקציה ישירה אחת בין מוצר אלקטרוני לאובייקט אחר (או רכיב) תחת פעולת כוחות סביבתיים חיצוניים, וכתוצאה מכך לשינוי פתאומי בכוח, תזוזה, מהירות או האצה של המוצר. כהרף עין. לחץ. תחת פעולת לחץ פגיעה מכני, מוצרים יכולים לשחרר ולהעביר אנרגיה ניכרת בפרק זמן קצר מאוד, ולגרום נזק חמור למוצר, כגון גרימת תקלה במוצרים אלקטרוניים, פתיחה/קצר מעגל מיידית, פיצוח ושבר של המוצר. מבנה הרכבה ואריזה. לַחֲכוֹת. בשונה מהנזק המצטבר שנגרם מרטט ארוך טווח, הנזק למוצרים הנגרם כתוצאה מפגיעה מכנית הוא שחרור מרוכז של אנרגיה. לכן, היקף מבחן ההשפעה המכני הוא גדול ומשך דופק הפגיעה קצר. ערך השיא של נזקי המוצר הוא העיקרי. משך הפולס הוא רק מספר אלפיות שניות עד עשרות אלפיות שניות, והרעידה לאחר הפולס הראשי מתפוגגת במהירות. עוצמת הלחץ המכני הזה נקבעת על ידי תאוצת השיא ומשך פעימת הפגיעה. גודל תאוצת השיא משקף את גודל כוח הפגיעה המופעל על המוצר, בעוד שהשפעת משך דופק הפגיעה על המוצר קשורה לתדר הטבעי של המוצר. קָשׁוּר. הלחץ המכאני של מוצרים אלקטרוניים נובע משינויים דרסטיים במצב המכני של ציוד וציוד אלקטרוני, כגון בלימת חירום ופגיעת כלי רכב, נפילות אוויר והתרסקויות של מטוסים, שיגור אש ארטילרית, פיצוצים באנרגיה כימית ופיצוצים גרעיניים, פיצוצי טילים וכו'. פגיעה מכנית חזקה, כוח פתאומי או תנועה פתאומית עקב טעינה, פריקה, הובלה או עבודה באתר יגרמו אף הם למוצר לעמוד בפני פגיעה מכנית. ניתן להשתמש במבחני השפעה מכנית כדי להעריך את יכולת ההסתגלות של מוצרים אלקטרוניים (כגון מבני מעגל) לפגיעות מכניות שאינן חוזרות על עצמן במהלך השימוש וההובלה.

תאוצה מתמדת (כוח צנטריפוגלי) מתייחסת לכוח צנטריפוגלי שנוצר על ידי שינוי מתמשך של כיוון התנועה של המנשא כאשר מוצרים אלקטרוניים עובדים על מנשא נע. כוח צנטריפוגלי הוא כוח אינרציאלי וירטואלי ששומר על עצם מסתובב מתרחק ממרכז הסיבוב. הכוח הצנטריפוגלי שווה בגודלו והפוך בכיוון לכוח הצנטריפטלי. ברגע שהכוח הצנטריפטלי שנוצר מהכוח החיצוני נטו ומצביע על מרכז המעגל ייעלם, העצם המסתובב לא יסתובב עוד. במקום זאת, הוא עף החוצה לאורך הכיוון המשיק של מסלול הסיבוב ברגע זה, והמוצר ניזוק ברגע זה. גודל הכוח הצנטריפוגלי קשור למסה, מהירות ותאוצה (רדיוס הסיבוב) של העצם הנע. עבור רכיבים אלקטרוניים שאינם מרותכים היטב, הרכיבים יעופו עקב ניתוק מפרקי ההלחמה בפעולת כוח צנטריפוגלי, מה שיגרום לעוף הרכיבים. כשל במוצר. הכוח הצנטריפוגלי שסופגים מוצרים אלקטרוניים נובע ממצב ההפעלה המשתנה ללא הרף של ציוד וציוד אלקטרוני בכיוון התנועה, כגון שינויי כיוון של כלי רכב רצים, מטוסים, רקטות וטילים וכו', הגורם לציוד אלקטרוני ופנימי. רכיבים לעמוד בכוחות צנטריפוגליים מלבד כוח הכבידה. זמן הפעולה שלו נע בין שניות ספורות לכמה דקות, כשהוא לוקח רקטות וטילים כדוגמאות. לאחר השלמת שינוי הכיוון, הכוח הצנטריפוגלי נעלם, והכוח הצנטריפוגלי פועל שוב כאשר הכיוון משתנה שוב, מה שעשוי ליצור כוח צנטריפוגלי מתמשך לאורך זמן. ניתן להעריך את המוצקות של מבנה הריתוך של מוצרים אלקטרוניים, במיוחד רכיבי הרכבה על פני השטח בנפח גדול, באמצעות בדיקת תאוצה מתמדת (בדיקה צנטריפוגלית).

3. מתח לחות

לחץ לחות מתייחס ללחץ הלחות שמוצרים אלקטרוניים סובלים כאשר עובדים בסביבה אטמוספרית עם לחות מסוימת. מוצרים אלקטרוניים רגישים מאוד ללחות. ברגע שהלחות היחסית של הסביבה עולה על 30% RH, חומרי המתכת של המוצרים עלולים להיחלד, ופרמטרי הביצועים החשמליים עלולים להיסחף או לחרוג מהסובלנות. לדוגמה, בתנאי לחות ארוכי טווח, ביצועי הבידוד של חומרי בידוד יפחתו לאחר ספיגת לחות, גרימת קצר חשמלי או זעזועים חשמליים במתח גבוה; עבור רכיבים אלקטרוניים למגע, כגון תקעים, שקעים וכו', כאשר לחות מחוברת למשטח, קורוזיה תתרחש בקלות וייווצר סרט תחמוצת. , גורם להתנגדות של מכשיר המגע לעלות, ובמקרים חמורים, המעגל ייחסם; בסביבה לחה מאוד, ערפל או אדי מים יגרמו להופעת ניצוצות כאשר מגעי הממסר פועלים, והם לא יוכלו לפעול עוד; שבבי מוליכים למחצה רגישים יותר לאדי מים, וברגע שאדי מים מתרחשים על פני השבב אם הוא חורג מהתקן, הקורוזיה של חיווט Al תהפוך למהירה ביותר; על מנת למנוע חלודה של רכיבים אלקטרוניים על ידי אדי מים, נעשה שימוש בטכנולוגיית עטיפה או אריזה אטומה על מנת לבודד את הרכיבים מהאווירה החיצונית ומהזיהום. עומס הלחות שסופגים מוצרים אלקטרוניים נובע מאדי המים המחוברים לפני השטח של החומרים בסביבת העבודה של ציוד וציוד אלקטרוני ומאדי המים החודרים לתוך הרכיבים. עוצמת הלחץ הלחות קשורה לרמת הלחות בסביבה. אזורי החוף הדרום-מזרחיים של ארצי הם אזורים עם לחות גבוהה. במיוחד באביב ובקיץ, הלחות היחסית מגיעה למקסימום של יותר מ-90% RH. השפעת הלחות היא בעיה בלתי נמנעת. ניתן להעריך את יכולת ההסתגלות של מוצרים אלקטרוניים לשימוש או אחסון בתנאי לחות גבוהים באמצעות בדיקות חום לחות במצב יציב ומבחני עמידות ללחות.

4. מתח ריסוס מלח

מתח ריסוס מלח מתייחס למתח ריסוס המלח שסובל משטח החומר כאשר מוצרים אלקטרוניים עובדים בסביבה של פיזור אטמוספרי המורכבת מטיפות זעירות המכילות מלח. תרסיס מלח מגיע בדרך כלל מסביבת האקלים הימי ומסביבת האקלים של אגם המלח הפנימי. מרכיביו העיקריים הם NaCl ואדי מים. נוכחותם של Na+ ו-Cl-ions היא הגורם הבסיסי לקורוזיה של חומרי מתכת. כאשר תרסיס מלח נצמד לפני השטח של מבודד, התנגדות פני השטח שלו תפחת. לאחר שהמבודד סופג את תמיסת המלח, התנגדות הנפח שלו תפחת ב-4 סדרי גודל. כאשר תרסיס מלח נצמד על פני השטח של חלקים מכניים נעים, ייצור מוצרי קורוזיה עולה. אם מקדם החיכוך גדול מדי, חלקים נעים עלולים אפילו להיתקע; למרות שטכנולוגיית עטיפה ואריזה אטומה מאומצת כדי למנוע קורוזיה של שבבי מוליכים למחצה, הפינים החיצוניים של מכשירים אלקטרוניים מאבדים לעתים קרובות את תפקודם עקב קורוזיה בתרסיס מלח; הדפסה קורוזיה על ה-PCB עלולה לקצר חיווט סמוך. מתח ריסוס המלח שמוצרים אלקטרוניים נושאים נובע מהערפל המכיל מלח בסביבה האטמוספרית. באזורי החוף או בספינות ובספינות מלחמה, האטמוספירה מכילה הרבה מלח, אשר משפיע מאוד על אריזת הרכיבים האלקטרוניים. ניתן להעריך את יכולת ההתאמה של אריזות אלקטרוניות לתרסיס מלח על ידי האצת קורוזיה באמצעות בדיקת ריסוס מלח.

5. מתח אלקטרומגנטי

מתח אלקטרומגנטי מתייחס למתח האלקטרומגנטי שמוצרים אלקטרוניים נושאים בשדה האלקטרומגנטי שבו השדה החשמלי והשדה המגנטי משתנים באופן אינטראקטיבי. השדה האלקטרומגנטי כולל שני היבטים: שדה חשמלי ושדה מגנטי, שמאפיינים מיוצגים על ידי עוצמת השדה החשמלי E (או תזוזה חשמלית D) וצפיפות השטף המגנטי B (או עוצמת השדה המגנטי H) בהתאמה. בשדה האלקטרומגנטי, השדה החשמלי והשדה המגנטי קשורים קשר הדוק. שדה חשמלי משתנה בזמן יגרום לשדה מגנטי, ושדה מגנטי משתנה בזמן יגרום לשדה חשמלי. השדה החשמלי והשדה המגנטי מעוררים זה את זה, וגורמים לתנועת השדה האלקטרומגנטי ליצור גלים אלקטרומגנטיים. גלים אלקטרומגנטיים יכולים להתפשט בוואקום או בחומר. השדה החשמלי והשדה המגנטי מתנודדים בשלב והם מאונכים זה לזה. הם נעים בצורה של גלים בחלל. השדה החשמלי הנע, השדה המגנטי וכיוון ההתפשטות מאונכים זה לזה. מהירות ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים בוואקום היא מהירות האור (3×10^8m/s). בדרך כלל הגלים האלקטרומגנטיים שההפרעות האלקטרומגנטיות מתמקדות בהם הם גלי רדיו ומיקרוגל. ככל שתדירות הגלים האלקטרומגנטיים גבוהה יותר, כך גדלה יכולת הקרינה האלקטרומגנטית. עבור מוצרי רכיבים אלקטרוניים, ההפרעה האלקטרומגנטית (EMI) של השדה האלקטרומגנטי היא הגורם העיקרי המשפיע על התאימות האלקטרומגנטית (EMC) של הרכיב. מקור זה של הפרעות אלקטרומגנטיות נובע מהפרעה הדדית בין רכיבים פנימיים של הרכיב האלקטרוני לבין הפרעות מציוד אלקטרוני חיצוני. עשויות להיות השפעות חמורות על הביצועים והפונקציונליות של רכיבים אלקטרוניים. לדוגמה, אם הרכיבים המגנטיים בתוך מודול המתח DC/DC גורמים להפרעות אלקטרומגנטיות למכשירים אלקטרוניים, זה ישפיע ישירות על פרמטרי מתח אדוות המוצא; ההשפעה של קרינת תדר רדיו על מוצרים אלקטרוניים תיכנס ישירות למעגל הפנימי דרך מעטפת המוצר, או תומר להטרדה מנוהלת חודרת למוצר. ניתן להעריך את יכולת ההפרעות האנטי-אלקטרומגנטיות של רכיבים אלקטרוניים באמצעות בדיקת תאימות אלקטרומגנטית ובדיקת סריקת שדה אלקטרומגנטי.