Elektronik Ürün Arızasına Neden Olan Temel Çevresel Stresler

Elektronik ürünlerin çalışma sürecinde, elektriksel yüklerin voltajı ve akımı gibi elektriksel streslerin yanı sıra, çevresel stresler de yüksek sıcaklık ve sıcaklık döngülerini, mekanik titreşim ve darbeyi, nem ve tuz spreyini, elektromanyetik alan girişimini vb. içerir. Yukarıdaki çevresel stresin etkisiyle ürünlerde performans düşüşü, parametre kayması, malzeme korozyonu vb. yaşanabilir ve hatta arızalanabilir.

Elektronik ürünler üretildikten sonra tarama, envanter, taşıma, kullanım ve bakıma kadar tüm aşamalar çevresel stresten etkilenerek ürünün fiziksel, kimyasal, mekanik ve elektriksel özelliklerinin sürekli değişmesine neden olur. Değişim süreci yavaş ya da yavaş olabilir. Geçicidir, hepsi çevresel stresin türüne ve stresin büyüklüğüne bağlıdır.

1. Sıcaklık stresi

Elektronik ürünler her türlü ortamda sıcaklık stresine dayanacaktır. Sıcaklık stresinin büyüklüğü ortamın türüne, ürün yapısına ve çalışma durumuna bağlıdır. Sıcaklık stresi, kararlı durum sıcaklık stresini ve değişen sıcaklık stresini içerir.

Kararlı durum sıcaklık stresi, elektronik ürünlerin belirli bir sıcaklık ortamında çalıştırıldığında veya saklandığında verdiği tepki sıcaklığını ifade eder. Tepki sıcaklığı ürünün dayanabileceği sınırı aştığında, bileşen ürünü belirtilen elektriksel parametre aralığı dahilinde çalışamayacaktır, bu da ürün malzemesinin yumuşamasına ve deforme olmasına veya yalıtım performansının düşmesine ve hatta aşırı ısınmasına neden olabilir. ve yan. Ürün bu sırada yüksek sıcaklıklara maruz kalır. Aşırı gerilim ve yüksek sıcaklıktaki aşırı gerilim, ürünün kısa sürede arızalanmasına neden olabilir; Tepki sıcaklığı, ürünün belirtilen çalışma sıcaklığı aralığını aşmadığında, kararlı durum sıcaklık stresinin etkisi uzun vadeli etkide kendini gösterir ve sıcaklığın Uzun vadeli etkileri, ürün malzemelerinin yavaş yavaş yaşlanmasına ve elektrikle sonuçlanmasına neden olur. performans parametrelerinin kaymasına veya toleransları aşmasına ve sonuçta ürün arızasına yol açmasına neden olur. Ürünün bu esnada maruz kaldığı sıcaklık stresi, uzun vadeli sıcaklık stresidir. Elektronik ürünlerin yaşadığı kararlı durum sıcaklık stresi, ürünün ortam sıcaklığı yükünden ve kendi güç tüketiminden kaynaklanan ısıdan kaynaklanır. Örneğin, soğutma sistemindeki bir arıza veya ekipmandan yüksek sıcaklıkta ısı akışı kaçağı nedeniyle bileşenin sıcaklığı izin verilen sıcaklığın üst sınırını aşacak ve bileşen yüksek sıcaklıklara dayanacaktır. Aşırı stres; Depolama ortamı sıcaklığı uzun süre sabit kaldığında ürün uzun süreli sıcaklık stresine maruz kalır. Elektronik ürünlerin yüksek sıcaklık dayanımı limit kapasitesi, adımlı yüksek sıcaklıkta pişirme testiyle belirlenebilir ve uzun süreli sıcaklıklarda çalışan elektronik ürünlerin ömrü, kararlı durum ömür testi (yüksek sıcaklık ivmesi) aracılığıyla değerlendirilebilir.

Değişen sıcaklık stresi, ürünün her fonksiyonel malzemesinin termal genleşme katsayısındaki farklılık nedeniyle bir elektronik ürün değişen sıcaklık durumundayken sıcaklık değişimlerinden kaynaklanan malzeme arayüzü üzerindeki termal stresi ifade eder. Sıcaklık büyük ölçüde değiştiğinde ürün, malzeme arayüzünde patlayabilir ve arızalanabilir. Bu sırada ürün, sıcaklık değişimi aşırı stresine veya sıcaklık şoku stresine maruz kalır; sıcaklık nispeten yavaş değiştiğinde, değişen sıcaklık stresinin etkisi uzun vadeli olarak kendini gösterir. Malzeme arayüzü, sıcaklık değişimleri altında oluşan termal strese dayanmaya devam eder ve yerel mikro alanlarda mikro çatlak hasarı oluşabilir. Bu hasar yavaş yavaş birikir ve sonunda ürünün malzeme arayüzünün çatlamasına veya hasar görmesine neden olur. Bu sırada ürün uzun süreli sıcaklık değişimlerine maruz kalır. Stres veya sıcaklık döngüsü stresi. Elektronik ürünlerin yaşadığı değişen sıcaklık stresi, ürünün bulunduğu ortamın sıcaklık değişimlerinden ve kendi anahtarlama durumundan kaynaklanmaktadır. Örneğin, sıcak bir iç mekandan soğuk bir dış mekana geçerken, güçlü güneş ışınımı altında, ani yağış veya suya batma, uçakların yerden yüksek irtifaya doğru hızlı sıcaklık değişimleri, soğuk bölge ortamlarında aralıklı çalışma ve güneşe bakma. ve uzayda arka-güneş değişiklikleri. Mikro devre modüllerinin değiştirilmesi, yeniden lehimlenmesi ve yeniden işlenmesi vb. ürün sıcaklık şok stresine maruz kalır; doğal iklim sıcaklığındaki periyodik değişiklikler, aralıklı çalışma koşulları, ekipman sisteminin çalışma sıcaklığındaki değişiklikler ve iletişim ekipmanının çağrı hacmindeki değişiklikler, ekipmanın güç tüketimi dalgalandığında, sıcaklık döngüsü stresine maruz kalmasına neden olur. Termal şok testi, elektronik ürünlerin ani sıcaklık değişikliklerine karşı direncini değerlendirmek için kullanılabilir ve sıcaklık döngüsü testi, elektronik ürünlerin alternatif yüksek ve düşük sıcaklık koşulları altında uzun süreli çalışmaya uyarlanabilirliğini değerlendirmek için kullanılabilir.

2. Mekanik stres

Elektronik ürünlerin dayandığı mekanik gerilimler arasında mekanik titreşim, mekanik şok ve sabit ivme (merkezkaç kuvveti) yer alır.

Mekanik titreşim stresi, dış çevresel kuvvetlerin etkisi altında belirli bir denge konumu etrafında ileri geri hareket eden elektronik ürünler tarafından oluşturulan mekanik stresi ifade eder. Mekanik titreşim, oluşum nedenine göre serbest titreşim, zorlanmış titreşim ve kendiliğinden uyarılan titreşim olarak sınıflandırılır; Mekanik titreşimin hareket kurallarına göre sinüzoidal titreşim ve rastgele titreşim olarak sınıflandırılır. Bu iki titreşim biçiminin ürünler üzerinde farklı yıkıcı güçleri vardır. İkincisi daha yıkıcıdır. Daha büyük olduğundan çoğu titreşim testi değerlendirmesinde rastgele titreşim testleri benimsenir. Mekanik titreşimin elektronik ürünler üzerindeki etkisi, titreşimden kaynaklanan deformasyon, bükülme, çatlak, kırılma vb.'yi içerir. Uzun süre titreşim stresinin etkisi altında kalan elektronik ürünler, yapısal arayüz malzemelerinin yorulma nedeniyle çatlamasına ve mekanik yorulma arızasına neden olacaktır; bu meydana gelirse Rezonans, aşırı gerilim çatlaması arızasına yol açarak elektronik ürünlerde anında yapısal hasara neden olur. Elektronik ürünlerin taşıdığı mekanik titreşim stresi, çalışma ortamının dönme, titreşim, salınım gibi mekanik yüklerinden ve uçakların, araçların, gemilerin, hava araçlarının ve yerdeki mekanik yapıların özellikle taşıma sırasındaki diğer çevresel mekanik yüklerinden kaynaklanır. çalışır durumda değildir. Araca monteli veya havadaki bileşenler olarak, çalışma sırasında kaçınılmaz olarak mekanik titreşim stresine maruz kalırlar. Elektronik ürünlerin çalışma sırasında tekrarlanan mekanik titreşimlere uyarlanabilirliği, mekanik titreşim testleri (özellikle rastgele titreşim testleri) aracılığıyla değerlendirilebilir.

Mekanik darbe stresi, dış çevresel kuvvetlerin etkisi altında bir elektronik ürün ile başka bir nesne (veya bileşen) arasındaki tek bir doğrudan etkileşimin neden olduğu ve ürünün kuvvetinde, yer değiştirmesinde, hızında veya ivmesinde ani bir değişime neden olan mekanik stresi ifade eder. bir an. Stres. Mekanik darbe stresinin etkisi altında ürünler çok kısa sürede önemli miktarda enerji açığa çıkarıp aktarabilir, bu da elektronik ürünlerin arızalanması, ani açık/kısa devre, çatlama ve kırılma gibi ürüne ciddi zararlar verebilir. montaj ve paketleme yapısı. Beklemek. Uzun süreli titreşimin neden olduğu kümülatif hasardan farklı olarak, mekanik darbenin ürünlere verdiği hasar, yoğun enerji salınımıdır. Bu nedenle mekanik darbe testinin büyüklüğü büyük ve darbe darbesinin süresi kısadır. Ürün hasarının tepe değeri ana darbenin süresi yalnızca birkaç milisaniye ila onlarca milisaniye arasındadır ve ana darbeden sonraki titreşim hızla azalır. Bu mekanik darbe geriliminin büyüklüğü, en yüksek hızlanma ve darbe darbesinin süresi ile belirlenir. Zirve ivmenin büyüklüğü, ürüne uygulanan darbe kuvvetinin büyüklüğünü yansıtırken, darbe darbesinin süresinin ürün üzerindeki etkisi, ürünün doğal frekansıyla ilişkilidir. ilgili. Elektronik ürünlerin maruz kaldığı mekanik darbe stresi, acil durum frenlemesi ve araçların çarpması, havadan düşme ve uçak çarpması, topçu ateşinin başlatılması, kimyasal enerji patlamaları ve nükleer patlamalar gibi elektronik ekipman ve ekipmanın mekanik durumundaki büyük değişikliklerden kaynaklanmaktadır. füze patlamaları vb. Yükleme, boşaltma, nakliye veya sahadaki çalışma nedeniyle oluşan kuvvetli mekanik darbe, ani kuvvet veya ani hareket de ürünün mekanik darbeye dayanmasına neden olacaktır. Mekanik darbe testleri, elektronik ürünlerin (devre yapıları gibi) kullanım ve taşıma sırasında tekrarlanmayan mekanik darbelere uyarlanabilirliğini değerlendirmek için kullanılabilir.

Sabit ivme (merkezkaç kuvveti) gerilimi, elektronik ürünler hareketli bir taşıyıcı üzerinde çalışırken taşıyıcının hareket yönünün sürekli değişmesiyle oluşturulan merkezkaç kuvvetini ifade eder. Merkezkaç kuvveti, dönen bir nesnenin dönme merkezinden uzaklaşmasını sağlayan sanal bir eylemsizlik kuvvetidir. Merkezkaç kuvveti merkezcil kuvvete eşit büyüklükte ve zıt yöndedir. Net dış kuvvetin oluşturduğu ve dairenin merkezine işaret eden merkezcil kuvvet ortadan kalktığında, dönen nesne artık dönmeyecektir. Bunun yerine, şu anda dönme yörüngesinin teğet yönü boyunca uçuyor ve ürün bu anda hasar görüyor. Merkezkaç kuvvetinin boyutu, hareketli nesnenin kütlesi, hızı ve ivmesi (dönme yarıçapı) ile ilgilidir. Sıkıca kaynaklanmayan elektronik bileşenler için, merkezkaç kuvvetinin etkisi altında lehim bağlantılarının ayrılması nedeniyle bileşenler uçup gidecek ve bileşenlerin uçup gitmesine neden olacaktır. Ürün arızası. Elektronik ürünlerin dayandığı merkezkaç kuvveti, elektronik ekipman ve ekipmanın hareket yönünde sürekli değişen çalışma durumundan kaynaklanır; örneğin çalışan araçların, uçakların, roketlerin ve füzelerin vb. yön değişiklikleri, elektronik ekipmanın ve iç mekanın bozulmasına neden olur. Yer çekimi dışındaki merkezkaç kuvvetlerine dayanacak bileşenler. Roket ve füzeleri örnek alarak eylem süresi birkaç saniyeden birkaç dakikaya kadar değişmektedir. Yön değişimi tamamlandığında merkezkaç kuvveti kaybolur ve yön tekrar değiştirildiğinde merkezkaç kuvveti tekrar etki eder, bu da uzun süreli sürekli bir merkezkaç kuvveti oluşturabilir. Elektronik ürünlerin, özellikle de büyük hacimli yüzeye monte bileşenlerin kaynak yapısının sağlamlığı, sabit hızlanma testi (santrifüj testi) yoluyla değerlendirilebilir.

3. Nem stresi

Nem stresi, elektronik ürünlerin belirli bir nem oranına sahip atmosferik ortamda çalışırken maruz kaldığı nem stresini ifade eder. Elektronik ürünler neme karşı çok hassastır. Ortamın bağıl nemi %30 RH'yi aştığında, ürünlerin metal malzemeleri korozyona uğrayabilir ve elektriksel performans parametreleri sapma gösterebilir veya toleransları aşabilir. Örneğin, uzun süreli yüksek nem koşullarında, yalıtım malzemelerinin yalıtım performansı, nemi emdikten sonra düşecek ve kısa devrelere veya yüksek voltajlı elektrik çarpmalarına neden olacak; Fiş, priz vb. temas eden elektronik bileşenler için yüzeye nem uygulandığında kolayca korozyon meydana gelecek ve bir oksit filmi oluşacaktır. kontak cihazının direncinin artmasına neden olur ve ciddi durumlarda devre bloke olur; aşırı nemli bir ortamda, sis veya su buharı, röle kontakları çalıştığında kıvılcımların oluşmasına neden olacak ve röle kontakları artık çalışamayacaktır; yarı iletken çipler su buharına karşı daha duyarlıdır ve çipin yüzeyinde su buharı oluştuğunda standardı aşarsa, Al kablolarının korozyonu son derece hızlı hale gelecektir; Elektronik bileşenlerin su buharı nedeniyle aşınmasını önlemek amacıyla, bileşenleri dış atmosferden ve kirlilikten izole etmek için kapsülleme veya hava geçirmez paketleme teknolojisi kullanılmaktadır. Elektronik ürünlerin maruz kaldığı nem stresi, elektronik cihaz ve ekipmanların çalışma ortamındaki malzemelerin yüzeyine yapışan su buharı ve bileşenlerin içine nüfuz eden su buharından kaynaklanmaktadır. Nem stresinin büyüklüğü ortamdaki nem düzeyiyle ilişkilidir. Ülkemin güneydoğu kıyı bölgeleri nem oranının yüksek olduğu alanlardır. Özellikle ilkbahar ve yaz aylarında bağıl nem maksimum %90 RH'nin üzerine çıkar. Nemin etkisi kaçınılmaz bir sorundur. Elektronik ürünlerin yüksek nem koşulları altında kullanıma veya depolamaya uyarlanabilirliği, kararlı durum nemli ısı testleri ve nem direnci testleri yoluyla değerlendirilebilir.

4. Tuz spreyi stresi

Tuz püskürtme gerilimi, elektronik ürünler tuz içeren küçük damlacıklardan oluşan atmosferik bir dağılım ortamında çalıştığında malzeme yüzeyinin dayandığı tuz püskürtme gerilimini ifade eder. Tuz spreyi genellikle deniz iklimi ortamından ve iç tuz gölü iklim ortamından gelir. Ana bileşenleri NaCl ve su buharıdır. Na+ ve Cl- iyonlarının varlığı metal malzemelerin korozyonunun temel nedenidir. Tuz spreyi bir yalıtkanın yüzeyine yapıştığında yüzey direnci azalacaktır. Yalıtkan tuz çözeltisini emdikten sonra hacim direnci 4 kat azalacaktır. Tuz spreyi hareketli mekanik parçaların yüzeyine yapıştığında korozyon ürünlerinin üretimi artar. Sürtünme katsayısı çok büyükse hareketli parçalar sıkışabilir; yarı iletken çiplerin korozyonunu önlemek için kapsülleme ve hava geçirmez paketleme teknolojisi benimsenmiş olsa da, elektronik cihazların harici pinleri, tuz spreyi korozyonu nedeniyle kaçınılmaz olarak sıklıkla işlevlerini kaybeder; Baskı PCB üzerindeki korozyon bitişik kablolarda kısa devre yapabilir. Elektronik ürünlerin taşıdığı tuz spreyi stresi, atmosferik ortamdaki tuz içeren sisten kaynaklanmaktadır. Kıyı bölgelerinde veya gemilerde ve savaş gemilerinde atmosfer, elektronik bileşenlerin ambalajlanması üzerinde ciddi etkiye sahip olan çok miktarda tuz içerir. Elektronik paketlerin tuz spreyine uyarlanabilirliği, tuz sprey testi yoluyla korozyonun hızlandırılmasıyla değerlendirilebilir.

5. Elektromanyetik stres

Elektromanyetik stres, elektrik alanı ile manyetik alanın etkileşimli olarak değiştiği elektromanyetik alanda elektronik ürünlerin taşıdığı elektromanyetik stresi ifade eder. Elektromanyetik alan iki yönü içerir: özellikleri sırasıyla elektrik alan yoğunluğu E (veya elektrik yer değiştirme D) ve manyetik akı yoğunluğu B (veya manyetik alan yoğunluğu H) ile temsil edilen elektrik alanı ve manyetik alan. Elektromanyetik alanda elektrik alanı ve manyetik alan birbiriyle yakından ilişkilidir. Zamanla değişen bir elektrik alanı manyetik alana neden olur ve zamanla değişen bir manyetik alan da bir elektrik alanına neden olur. Elektrik alanı ve manyetik alan birbirini uyararak elektromanyetik alanın hareketinin elektromanyetik dalgalar oluşturmasına neden olur. Elektromanyetik dalgalar boşlukta veya maddede kendi kendine yayılabilir. Elektrik alanı ve manyetik alan aynı fazda salınır ve birbirine diktir. Uzayda dalgalar halinde hareket ederler. Hareketli elektrik alanı, manyetik alan ve yayılma yönü birbirine diktir. Elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızı ışık hızıdır (3×10^8m/s). Elektromanyetik girişimin odaklandığı elektromanyetik dalgalar genellikle radyo dalgaları ve mikrodalgalardır. Elektromanyetik dalgaların frekansı ne kadar yüksek olursa, elektromanyetik radyasyon kapasitesi de o kadar büyük olur. Elektronik bileşen ürünleri için, elektromanyetik alanın elektromanyetik girişimi (EMI), bileşenin elektromanyetik uyumluluğunu (EMC) etkileyen ana faktördür. Bu elektromanyetik girişim kaynağı, elektronik bileşenin dahili bileşenleri arasındaki karşılıklı girişim ile harici elektronik ekipmanın girişiminden kaynaklanır. Elektronik bileşenlerin performansı ve işlevselliği üzerinde ciddi etkileri olabilir. Örneğin, DC/DC güç modülünün içindeki manyetik bileşenler elektronik cihazlarda elektromanyetik girişime neden olursa, bu durum çıkış dalgalanma voltajı parametrelerini doğrudan etkileyecektir; Radyo frekansı radyasyonunun elektronik ürünler üzerindeki etkisi, ürün kabuğu aracılığıyla doğrudan iç devreye girecek veya ürüne giren tacize dönüştürülecektir. Elektronik bileşenlerin anti-elektromanyetik girişim kapasitesi, elektromanyetik uyumluluk testi ve elektromanyetik alan yakın alan tarama testi yoluyla değerlendirilebilir.