تنش های اصلی محیطی که باعث خرابی محصولات الکترونیکی می شوند

در طول فرآیند کار محصولات الکترونیکی، علاوه بر تنش های الکتریکی مانند ولتاژ و جریان بارهای الکتریکی، تنش های محیطی نیز شامل چرخه های دما و دمای بالا، لرزش و ضربه مکانیکی، پاشش رطوبت و نمک، تداخل میدان الکترومغناطیسی و غیره است. تحت تأثیر استرس محیطی فوق، محصولات ممکن است کاهش عملکرد، رانش پارامتر، خوردگی مواد و غیره را تجربه کنند یا حتی شکست بخورند.

پس از تولید محصولات الکترونیکی، از غربالگری، موجودی، حمل و نقل گرفته تا استفاده و نگهداری، همه آنها تحت تأثیر استرس محیطی قرار می گیرند و باعث می شوند که خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و الکتریکی محصول به طور مداوم تغییر کند. فرآیند تغییر می تواند کند یا کند باشد. گذرا، همه چیز به نوع تنش محیطی و بزرگی تنش بستگی دارد.

1. استرس دما

محصولات الکترونیکی در هر محیطی استرس دما را تحمل می کنند. بزرگی تنش دما به نوع محیط، ساختار محصول و حالت کار بستگی دارد. تنش دما شامل تنش دمایی حالت پایدار و تنش دما در حال تغییر است.

تنش دمایی حالت پایدار به دمای پاسخ محصولات الکترونیکی زمانی که آنها در یک محیط دمایی خاص کار می کنند یا ذخیره می شوند، اشاره دارد. هنگامی که دمای پاسخ از حدی که محصول می تواند تحمل کند فراتر رود، محصول جزء نمی تواند در محدوده پارامتر الکتریکی مشخص شده کار کند، که ممکن است باعث نرم شدن و تغییر شکل مواد محصول شود، یا عملکرد عایق کاهش یابد یا حتی بیش از حد گرم شود. و بسوزانند. محصول در این زمان در معرض دمای بالا قرار می گیرد. استرس بیش از حد و استرس بیش از حد در دمای بالا می تواند باعث خرابی محصول در مدت زمان کوتاهی شود. هنگامی که دمای پاسخ از محدوده دمای عملیاتی مشخص شده محصول تجاوز نمی کند، اثر تنش دمایی حالت پایدار در اثر طولانی مدت ظاهر می شود و دما اثرات طولانی مدت باعث پیری تدریجی مواد محصول و الکتریکی می شود. پارامترهای عملکرد به رانش یا فراتر از تحمل، در نهایت منجر به شکست محصول می شود. برای محصول، تنش دمایی که در این زمان تحمل می کند، تنش دمایی طولانی مدت است. تنش دمایی حالت پایداری که محصولات الکترونیکی تجربه می‌کنند از بار دمای محیط محصول و گرمای تولید شده توسط مصرف برق خود ناشی می‌شود. به عنوان مثال، به دلیل خرابی سیستم خنک کننده یا نشت جریان گرما با دمای بالا از تجهیزات، دمای قطعه از حد بالایی دمای مجاز فراتر می رود و قطعه در برابر دمای بالا مقاومت می کند. استرس بیش از حد؛ هنگامی که دمای محیط ذخیره سازی برای مدت طولانی پایدار است، محصول در معرض استرس دمای طولانی مدت قرار می گیرد. قابلیت حد مقاومت در برابر دمای بالا محصولات الکترونیکی را می توان از طریق تست مرحله پخت دمای بالا تعیین کرد، و طول عمر محصولات الکترونیکی که در دماهای طولانی مدت کار می کنند را می توان از طریق آزمایش عمر حالت پایدار (شتاب دمای بالا) ارزیابی کرد.

تنش دمایی تغییر دهنده به تنش حرارتی روی رابط ماده ناشی از تغییرات دما در زمانی که یک محصول الکترونیکی در وضعیت دمایی متغیر است به دلیل تفاوت در ضریب انبساط حرارتی هر یک از مواد عملکردی محصول، اشاره دارد. هنگامی که دما به شدت تغییر می کند، محصول ممکن است در رابط مواد ترکیده و از کار بیفتد. در این زمان، محصول در معرض استرس بیش از حد تغییر دما یا استرس شوک دما قرار می گیرد. هنگامی که دما نسبتاً آهسته تغییر می کند، اثر تغییر تنش دما به صورت طولانی مدت ظاهر می شود. رابط ماده همچنان در برابر تنش حرارتی ایجاد شده تحت تغییرات دما مقاومت می کند و آسیب ریز ترک ممکن است در مناطق ریز محلی رخ دهد. این آسیب به تدریج جمع می شود و در نهایت منجر به ترک خوردگی یا آسیب به رابط مواد محصول می شود. در این زمان، محصول در معرض تغییرات دمای طولانی مدت قرار می گیرد. استرس یا تنش چرخه دما تنش دمایی متغیری که محصولات الکترونیکی تجربه می‌کنند ناشی از تغییرات دمایی محیطی است که محصول در آن قرار دارد و وضعیت سوئیچینگ آن. به عنوان مثال، هنگام جابجایی از یک فضای داخلی گرم به یک فضای باز سرد، تحت تابش شدید خورشید، بارندگی ناگهانی یا غوطه ور شدن در آب، تغییرات سریع دمای هواپیما از زمین به ارتفاع بالا، کار متناوب در محیط های منطقه سرد و رو به خورشید. و تغییرات پس خورشید در فضا. تغییرات، لحیم کاری مجدد و کار مجدد ماژول های ریز مدار و غیره، محصول در معرض استرس شوک دما قرار می گیرد. تغییرات دوره ای در دمای آب و هوای طبیعی، شرایط کاری متناوب، تغییر در دمای عملیاتی خود سیستم تجهیزات و تغییر در حجم تماس تجهیزات ارتباطی باعث می شود تجهیزات زمانی که مصرف برق نوسان می کند، محصول تحت فشار چرخه دما قرار می گیرد. از آزمون شوک حرارتی می توان برای ارزیابی مقاومت محصولات الکترونیکی در برابر تغییرات ناگهانی دما استفاده کرد و از تست چرخه دما می توان برای ارزیابی سازگاری محصولات الکترونیکی با عملکرد طولانی مدت تحت شرایط متناوب دمای بالا و پایین استفاده کرد.

2. استرس مکانیکی

تنش های مکانیکی متحمل شده توسط محصولات الکترونیکی شامل ارتعاش مکانیکی، شوک مکانیکی و شتاب ثابت (نیروی گریز از مرکز) است.

تنش ارتعاشی مکانیکی به تنش مکانیکی اطلاق می‌شود که توسط محصولات الکترونیکی ایجاد می‌شود که در اطراف یک موقعیت تعادلی معین تحت تأثیر نیروهای محیطی خارجی حرکت می‌کنند. ارتعاش مکانیکی با توجه به علت ایجاد آن به ارتعاش آزاد، ارتعاش اجباری و ارتعاش خود برانگیخته طبقه بندی می شود. با توجه به قوانین حرکت ارتعاش مکانیکی، آن را به ارتعاش سینوسی و ارتعاش تصادفی طبقه بندی می کنند. این دو شکل از ارتعاش قدرت تخریب متفاوتی روی محصولات دارند. دومی مخرب تر است. بزرگ‌تر، بنابراین بیشتر ارزیابی‌های تست ارتعاش، آزمایش‌های ارتعاش تصادفی را انجام می‌دهند. تاثیر ارتعاش مکانیکی بر محصولات الکترونیکی شامل تغییر شکل، خمش، ترک، شکستگی و غیره ناشی از ارتعاش است. محصولات الکترونیکی که برای مدت طولانی تحت تاثیر تنش ارتعاشی قرار داشته اند باعث می شوند مواد رابط ساختاری به دلیل خستگی ترک بخورند و باعث خرابی خستگی مکانیکی شوند. اگر این اتفاق بیفتد رزونانس منجر به شکست ترک بیش از حد استرس می شود و باعث آسیب ساختاری آنی به محصولات الکترونیکی می شود. تنش ارتعاشی مکانیکی که محصولات الکترونیکی متحمل می شوند ناشی از بارهای مکانیکی محیط کار مانند چرخش، ضربان، نوسان و سایر بارهای مکانیکی محیطی هواپیما، وسایل نقلیه، کشتی ها، وسایل نقلیه هوایی و سازه های مکانیکی زمینی، به ویژه در حین حمل و نقل زمانی که محصول در شرایط کار نیست و به عنوان قطعاتی که در وسیله نقلیه یا هوابرد نصب می شوند، در حین کار به ناچار تحت فشار ارتعاشی مکانیکی قرار می گیرند. سازگاری محصولات الکترونیکی با ارتعاشات مکانیکی مکرر در حین کار را می توان از طریق آزمایش های ارتعاش مکانیکی (به ویژه آزمایش های ارتعاش تصادفی) ارزیابی کرد.

تنش ضربه مکانیکی به تنش مکانیکی اطلاق می شود که در اثر یک تعامل مستقیم بین یک محصول الکترونیکی و یک جسم دیگر (یا جزء) تحت تأثیر نیروهای محیطی خارجی ایجاد می شود که منجر به تغییر ناگهانی نیرو، جابجایی، سرعت یا شتاب محصول می شود. یک لحظه. فشار. تحت اثر فشار مکانیکی، محصولات می توانند انرژی قابل توجهی را در مدت زمان بسیار کوتاهی آزاد کرده و انتقال دهند که باعث آسیب جدی به محصول می شود، مانند ایجاد اختلال در عملکرد محصولات الکترونیکی، اتصال کوتاه/باز فوری و ترک خوردگی و شکستگی ساختار مونتاژ و بسته بندی صبر کن. متفاوت از آسیب تجمعی ناشی از ارتعاش طولانی مدت، آسیب به محصولات ناشی از ضربه مکانیکی آزاد شدن متمرکز انرژی است. بنابراین، بزرگی آزمایش ضربه مکانیکی زیاد و مدت زمان ضربه ضربه کوتاه است. حداکثر مقدار آسیب محصول اصلی است مدت زمان پالس تنها چند میلی ثانیه تا ده ها میلی ثانیه است و لرزش پس از پالس اصلی به سرعت کاهش می یابد. بزرگی این تنش ضربه مکانیکی با شتاب اوج و مدت زمان پالس ضربه تعیین می شود. بزرگی شتاب اوج نشان دهنده بزرگی نیروی ضربه وارد شده به محصول است، در حالی که تاثیر مدت زمان پالس ضربه بر محصول به فرکانس طبیعی محصول مربوط می شود. مربوط. استرس ضربه مکانیکی متحمل شده توسط محصولات الکترونیکی ناشی از تغییرات شدید در وضعیت مکانیکی تجهیزات و تجهیزات الکترونیکی است، مانند ترمز اضطراری و برخورد وسایل نقلیه، ریزش هوا و سقوط هواپیما، پرتاب آتش توپخانه، انفجار انرژی شیمیایی و انفجار هسته ای، انفجار موشک و غیره ضربه مکانیکی شدید، نیروی ناگهانی یا حرکت ناگهانی ناشی از بارگیری، تخلیه، حمل و نقل یا کار در محل نیز باعث مقاومت محصول در برابر ضربه مکانیکی می شود. از آزمون‌های ضربه مکانیکی می‌توان برای ارزیابی سازگاری محصولات الکترونیکی (مانند ساختارهای مدار) در برابر ضربه‌های مکانیکی غیر تکراری در طول استفاده و حمل و نقل استفاده کرد.

تنش شتاب ثابت (نیروی گریز از مرکز) به نیروی گریز از مرکز اشاره دارد که از تغییر مداوم جهت حرکت حامل در زمانی که محصولات الکترونیکی روی یک حامل متحرک کار می کنند ایجاد می شود. نیروی گریز از مرکز یک نیروی اینرسی مجازی است که جسم در حال چرخش را از مرکز چرخش دور می کند. نیروی گریز از مرکز از نظر اندازه برابر و در جهت مخالف نیروی گریز از مرکز است. هنگامی که نیروی مرکزگرای تشکیل شده توسط نیروی خالص خارجی و اشاره به مرکز دایره ناپدید می شود، جسم در حال چرخش دیگر نمی چرخد. در عوض، در امتداد جهت مماس مسیر چرخش در این لحظه پرواز می کند و محصول در این لحظه آسیب می بیند. اندازه نیروی گریز از مرکز با جرم، سرعت و شتاب (شعاع چرخش) جسم متحرک مرتبط است. برای قطعات الکترونیکی که به طور محکم جوش داده نشده‌اند، به دلیل جدا شدن اتصالات لحیم کاری تحت اثر نیروی گریز از مرکز، قطعات از بین می‌روند و باعث دور شدن قطعات می‌شوند. شکست محصول نیروی گریز از مرکز متحمل شده توسط محصولات الکترونیکی ناشی از تغییر مداوم وضعیت عملیاتی تجهیزات و تجهیزات الکترونیکی در جهت حرکت است، مانند تغییر جهت وسایل نقلیه در حال حرکت، هواپیما، موشک و موشک و غیره که باعث تجهیزات الکترونیکی و داخلی می شود. اجزایی برای مقاومت در برابر نیروهای گریز از مرکز غیر از گرانش. زمان عمل آن از چند ثانیه تا چند دقیقه متغیر است و راکت ها و موشک ها را به عنوان نمونه در نظر می گیرند. هنگامی که تغییر جهت کامل شد، نیروی گریز از مرکز ناپدید می شود، و نیروی گریز از مرکز با تغییر جهت دوباره عمل می کند، که ممکن است یک نیروی گریز از مرکز پیوسته طولانی مدت را تشکیل دهد. استحکام ساختار جوش محصولات الکترونیکی، به ویژه قطعات با حجم زیاد روی سطح، را می توان از طریق آزمایش شتاب ثابت (تست گریز از مرکز) ارزیابی کرد.

3. استرس رطوبتی

تنش رطوبتی به تنش رطوبتی اشاره دارد که محصولات الکترونیکی هنگام کار در یک محیط جوی با رطوبت معین تحمل می کنند. محصولات الکترونیکی به رطوبت بسیار حساس هستند. هنگامی که رطوبت نسبی محیط از 30٪ RH فراتر رود، مواد فلزی محصولات ممکن است خورده شوند و پارامترهای عملکرد الکتریکی ممکن است تغییر کنند یا از حد تحمل فراتر بروند. به عنوان مثال، در شرایط طولانی مدت رطوبت بالا، عملکرد عایق مواد عایق پس از جذب رطوبت کاهش می یابد و باعث اتصال کوتاه یا شوک الکتریکی با ولتاژ بالا می شود. برای قطعات الکترونیکی تماسی، مانند دوشاخه، سوکت و غیره، هنگامی که رطوبت به سطح متصل می شود، خوردگی به راحتی رخ می دهد و یک فیلم اکسید تشکیل می شود. ، باعث افزایش مقاومت دستگاه تماس و در موارد شدید، مدار مسدود می شود. در یک محیط بسیار مرطوب، غبار یا بخار آب باعث ایجاد جرقه در هنگام کار کردن کنتاکت های رله می شود و آنها دیگر قادر به کار نخواهند بود. تراشه های نیمه هادی نسبت به بخار آب حساس تر هستند و هنگامی که بخار آب روی سطح تراشه ایجاد می شود اگر از حد استاندارد فراتر رود، خوردگی سیم کشی Al بسیار سریع می شود. به منظور جلوگیری از خوردگی قطعات الکترونیکی توسط بخار آب، از فن آوری کپسوله سازی یا بسته بندی هوا برای جداسازی قطعات از جو بیرون و آلودگی استفاده می شود. تنش رطوبتی متحمل شده توسط محصولات الکترونیکی ناشی از بخار آب متصل به سطح مواد در محیط کار تجهیزات و تجهیزات الکترونیکی و بخار آبی است که به اجزاء نفوذ می کند. مقدار تنش رطوبتی با سطح رطوبت محیط مرتبط است. مناطق ساحلی جنوب شرقی کشور من مناطقی با رطوبت بالا هستند. به خصوص در بهار و تابستان رطوبت نسبی حداکثر به بیش از 90% RH می رسد. تأثیر رطوبت یک مشکل اجتناب ناپذیر است. سازگاری محصولات الکترونیکی برای استفاده یا ذخیره سازی در شرایط رطوبت بالا را می توان از طریق آزمایش گرمای مرطوب حالت پایدار و آزمایش مقاومت در برابر رطوبت ارزیابی کرد.

4. استرس اسپری نمک

تنش پاشش نمک به تنش پاشش نمک اشاره دارد که سطح مواد زمانی که محصولات الکترونیکی در یک محیط پراکندگی جوی متشکل از قطرات ریز حاوی نمک کار می کنند تحمل می کند. اسپری نمک عموماً از محیط آب و هوای دریایی و محیط آب و هوای دریاچه نمک داخلی می آید. اجزای اصلی آن NaCl و بخار آب است. وجود یون های Na+ و Cl- عامل اساسی خوردگی مواد فلزی است. هنگامی که اسپری نمک به سطح عایق می چسبد، مقاومت سطحی آن کاهش می یابد. پس از اینکه عایق محلول نمک را جذب کرد، مقاومت حجمی آن 4 مرتبه کاهش می یابد. هنگامی که اسپری نمک به سطح قطعات مکانیکی متحرک بچسبد، تولید محصولات خوردگی افزایش می یابد. اگر ضریب اصطکاک بیش از حد بزرگ باشد، قطعات متحرک حتی ممکن است گیر کنند. اگرچه فن‌آوری بسته‌بندی و بسته‌بندی هوا برای جلوگیری از خوردگی تراشه‌های نیمه‌رسانا به کار گرفته شده‌اند، پین‌های خارجی دستگاه‌های الکترونیکی ناگزیر اغلب به دلیل خوردگی اسپری نمک عملکرد خود را از دست می‌دهند. چاپ خوردگی روی PCB می تواند سیم کشی مجاور را کوتاه کند. استرس اسپری نمکی که محصولات الکترونیکی متحمل می شوند از مه حاوی نمک در محیط جوی ناشی می شود. در مناطق ساحلی و یا در کشتی ها و کشتی های جنگی، جو حاوی مقدار زیادی نمک است که تاثیر جدی بر بسته بندی قطعات الکترونیکی دارد. سازگاری بسته های الکترونیکی با اسپری نمک را می توان با تسریع خوردگی از طریق آزمایش نمک پاشش ارزیابی کرد.

5. استرس الکترومغناطیسی

استرس الکترومغناطیسی به تنش الکترومغناطیسی اطلاق می شود که محصولات الکترونیکی در میدان الکترومغناطیسی متحمل می شوند که در آن میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی به طور متقابل تغییر می کنند. میدان الکترومغناطیسی شامل دو جنبه است: میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که مشخصه های آنها به ترتیب با شدت میدان الکتریکی E (یا جابجایی الکتریکی D) و چگالی شار مغناطیسی B (یا شدت میدان مغناطیسی H) نشان داده می شود. در میدان الکترومغناطیسی، میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی ارتباط نزدیکی با هم دارند. یک میدان الکتریکی متغیر با زمان یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان باعث ایجاد میدان الکتریکی می شود. میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی یکدیگر را تحریک می کنند و باعث می شوند که حرکت میدان الکترومغناطیسی امواج الکترومغناطیسی تشکیل دهد. امواج الکترومغناطیسی می توانند خود در خلاء یا ماده منتشر شوند. میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی در فاز نوسان می کنند و بر یکدیگر عمود هستند. آنها به شکل امواج در فضا حرکت می کنند. میدان الکتریکی متحرک، میدان مغناطیسی و جهت انتشار عمود بر یکدیگر هستند. سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء سرعت نور (3×10^8m/s) است. معمولا امواج الکترومغناطیسی که تداخل الکترومغناطیسی روی آنها متمرکز می شود، امواج رادیویی و مایکروویو هستند. هر چه فرکانس امواج الکترومغناطیسی بیشتر باشد، قابلیت تابش الکترومغناطیسی بیشتر است. برای محصولات قطعات الکترونیکی، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) میدان الکترومغناطیسی عامل اصلی موثر بر سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) قطعه است. این منبع تداخل الکترومغناطیسی ناشی از تداخل متقابل بین اجزای داخلی قطعه الکترونیکی و تداخل تجهیزات الکترونیکی خارجی است. ممکن است اثرات جدی بر عملکرد و عملکرد قطعات الکترونیکی داشته باشد. به عنوان مثال، اگر اجزای مغناطیسی داخل ماژول برق DC/DC باعث تداخل الکترومغناطیسی در دستگاه‌های الکترونیکی شوند، مستقیماً بر پارامترهای ولتاژ ریپل خروجی تأثیر می‌گذارند. تأثیر تشعشعات فرکانس رادیویی بر روی محصولات الکترونیکی مستقیماً از طریق پوسته محصول وارد مدار داخلی می شود یا به آزار و اذیت وارد شده به محصول تبدیل می شود. قابلیت ضد تداخل الکترومغناطیسی قطعات الکترونیکی را می توان از طریق آزمایش سازگاری الکترومغناطیسی و آزمایش اسکن میدان الکترومغناطیسی نزدیک ارزیابی کرد.