الضغوط البيئية الرئيسية التي تسبب فشل المنتج الإلكتروني

أثناء عملية عمل المنتجات الإلكترونية، بالإضافة إلى الضغوط الكهربائية مثل الجهد والتيار للأحمال الكهربائية، تشمل الضغوط البيئية أيضًا ارتفاع درجات الحرارة ودورات درجة الحرارة، والاهتزاز والتأثير الميكانيكي، ورذاذ الرطوبة والملح، وتداخل المجال الكهرومغناطيسي، وما إلى ذلك. بسبب تأثير الضغوط البيئية المذكورة أعلاه، قد تواجه المنتجات تدهورًا في الأداء، أو انحراف المعلمات، أو تآكل المواد، وما إلى ذلك، أو حتى الفشل.

بعد تصنيع المنتجات الإلكترونية، بدءًا من الفحص والجرد والنقل إلى الاستخدام والصيانة، تتأثر جميعها بالضغوط البيئية، مما يتسبب في تغير الخواص الفيزيائية والكيميائية والميكانيكية والكهربائية للمنتج بشكل مستمر. يمكن أن تكون عملية التغيير بطيئة أو بطيئة. عابر، كل هذا يتوقف على نوع الإجهاد البيئي وحجم الإجهاد.

1. الإجهاد الحراري

سوف تتحمل المنتجات الإلكترونية الإجهاد الحراري في أي بيئة. يعتمد حجم الإجهاد الحراري على نوع البيئة وهيكل المنتج وحالة العمل. يشمل الإجهاد الحراري إجهاد درجة الحرارة المستقر وإجهاد درجة الحرارة المتغيرة.

يشير إجهاد درجة الحرارة المستقرة إلى درجة حرارة استجابة المنتجات الإلكترونية عند تشغيلها أو تخزينها في بيئة درجة حرارة معينة. عندما تتجاوز درجة حرارة الاستجابة الحد الذي يمكن أن يتحمله المنتج، لن يتمكن المنتج المكون من العمل ضمن نطاق المعلمة الكهربائية المحددة، مما قد يتسبب في تليين مادة المنتج وتشوهها، أو انخفاض أداء العزل، أو حتى ارتفاع درجة الحرارة وحرق. يتعرض المنتج لدرجات حرارة عالية في هذا الوقت. يمكن أن يؤدي الإجهاد الزائد ودرجات الحرارة المرتفعة إلى فشل المنتج في فترة زمنية قصيرة؛ عندما لا تتجاوز درجة حرارة الاستجابة نطاق درجة حرارة التشغيل المحدد للمنتج، يتجلى تأثير إجهاد درجة الحرارة المستقرة في التأثير طويل المدى، وستؤدي التأثيرات طويلة المدى لدرجة الحرارة إلى تقادم مواد المنتج تدريجيًا، والكهرباء تنحرف معلمات الأداء أو تتجاوز التفاوتات المسموح بها، مما يؤدي في النهاية إلى فشل المنتج. بالنسبة للمنتج، فإن الإجهاد الحراري الذي يتحمله في هذا الوقت هو إجهاد حراري طويل المدى. يأتي إجهاد درجة الحرارة المستقر الذي تتعرض له المنتجات الإلكترونية من حمل درجة الحرارة المحيطة للمنتج والحرارة الناتجة عن استهلاك الطاقة الخاص به. على سبيل المثال، بسبب فشل نظام التبريد أو تسرب تدفق الحرارة بدرجة حرارة عالية من المعدات، ستتجاوز درجة حرارة المكون الحد الأعلى لدرجة الحرارة المسموح بها، وسيتحمل المكون درجات الحرارة العالية. الإفراط في الإجهاد. عندما تكون درجة حرارة بيئة التخزين مستقرة لفترة طويلة، يتعرض المنتج لضغط درجة الحرارة على المدى الطويل. يمكن تحديد القدرة الحدية لمقاومة درجات الحرارة العالية للمنتجات الإلكترونية من خلال اختبار الخبز بدرجة حرارة عالية، ويمكن تقييم العمر الافتراضي للمنتجات الإلكترونية التي تعمل في درجات حرارة طويلة المدى من خلال اختبار حياة الحالة المستقرة (تسارع درجة الحرارة العالية).

يشير تغير إجهاد درجة الحرارة إلى الإجهاد الحراري على واجهة المادة الناتج عن تغيرات درجة الحرارة عندما يكون المنتج الإلكتروني في حالة درجة حرارة متغيرة بسبب الاختلاف في معامل التمدد الحراري لكل مادة وظيفية للمنتج. عندما تتغير درجة الحرارة بشكل كبير، قد ينفجر المنتج عند السطح البيني للمادة ويفشل. في هذا الوقت، يتعرض المنتج لضغط زائد لتغير درجة الحرارة أو لضغط صدمة درجة الحرارة؛ عندما تتغير درجة الحرارة ببطء نسبيًا، يتجلى تأثير تغير إجهاد درجة الحرارة على المدى الطويل. تستمر واجهة المواد في تحمل الضغط الحراري الناتج عن التغيرات في درجات الحرارة، وقد يحدث تلف التشققات الدقيقة في المناطق الدقيقة المحلية. يتراكم هذا الضرر تدريجيًا، مما يؤدي في النهاية إلى تشقق أو تلف واجهة مادة المنتج. في هذا الوقت، يتعرض المنتج لتغيرات درجة الحرارة على المدى الطويل. الإجهاد أو إجهاد دورة درجة الحرارة. يأتي إجهاد درجة الحرارة المتغير الذي تتعرض له المنتجات الإلكترونية من التغيرات في درجة حرارة البيئة التي يوجد بها المنتج وحالة التبديل الخاصة به. على سبيل المثال، عند الانتقال من مكان داخلي دافئ إلى مكان خارجي بارد، تحت إشعاع شمسي قوي، أو هطول أمطار مفاجئة أو غمر في الماء، والتغيرات السريعة في درجة حرارة الطائرات من الأرض إلى ارتفاعات عالية، والعمل المتقطع في بيئات المنطقة الباردة، والتعرض للشمس وتغيرات الشمس الخلفية في الفضاء. التغييرات، وإعادة لحام وإعادة صياغة وحدات الدوائر الدقيقة، وما إلى ذلك، يتعرض المنتج لضغط صدمة درجة الحرارة؛ تؤدي التغيرات الدورية في درجة حرارة المناخ الطبيعي، وظروف العمل المتقطعة، والتغيرات في درجة حرارة تشغيل نظام المعدات نفسه، والتغيرات في حجم مكالمات معدات الاتصالات إلى تسبب المعدات عندما يتقلب استهلاك الطاقة، يتعرض المنتج لضغوط دورة درجة الحرارة. يمكن استخدام اختبار الصدمة الحرارية لتقييم مقاومة المنتجات الإلكترونية للتغيرات المفاجئة في درجة الحرارة، ويمكن استخدام اختبار دورة درجة الحرارة لتقييم قدرة المنتجات الإلكترونية على التكيف مع التشغيل طويل الأمد في ظل ظروف درجات الحرارة العالية والمنخفضة بالتناوب.

2. الإجهاد الميكانيكي

تشمل الضغوط الميكانيكية التي تتحملها المنتجات الإلكترونية الاهتزاز الميكانيكي والصدمات الميكانيكية والتسارع المستمر (قوة الطرد المركزي).

يشير إجهاد الاهتزاز الميكانيكي إلى الضغط الميكانيكي الناتج عن المنتجات الإلكترونية التي تدور حول موضع توازن معين تحت تأثير القوى البيئية الخارجية. يتم تصنيف الاهتزازات الميكانيكية حسب سبب توليدها إلى اهتزاز حر، واهتزاز قسري، واهتزاز ذاتي الإثارة؛ وفقًا لقواعد حركة الاهتزاز الميكانيكي، يتم تصنيفها إلى اهتزاز جيبي واهتزاز عشوائي. هذين الشكلين من الاهتزاز لهما قوى تدميرية مختلفة على المنتجات. وهذا الأخير أكثر تدميرا. أكبر، لذا فإن معظم تقييمات اختبار الاهتزاز تعتمد اختبارات اهتزاز عشوائية. يشمل تأثير الاهتزاز الميكانيكي على المنتجات الإلكترونية التشوه والانحناء والشقوق والكسور وما إلى ذلك بسبب الاهتزاز. المنتجات الإلكترونية التي كانت تحت ضغط الاهتزاز لفترة طويلة سوف تتسبب في تشقق مواد الواجهة الهيكلية بسبب التعب وتسبب فشل التعب الميكانيكي؛ في حالة حدوث ذلك، يؤدي الرنين إلى فشل التشقق الناتج عن الضغط الزائد، مما يتسبب في حدوث ضرر هيكلي فوري للمنتجات الإلكترونية. إن إجهاد الاهتزاز الميكانيكي الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية يأتي من الأحمال الميكانيكية لبيئة العمل، مثل الدوران والنبض والتذبذب وغيرها من الأحمال الميكانيكية البيئية للطائرات والمركبات والسفن والمركبات الجوية والهياكل الميكانيكية الأرضية، وخاصة أثناء النقل عندما يكون المنتج ليس في حالة صالحة للعمل. وباعتبارها مكونات محمولة على مركبة أو محمولة جواً، فإنها تتعرض حتماً لضغط الاهتزاز الميكانيكي أثناء التشغيل. يمكن تقييم قدرة المنتجات الإلكترونية على التكيف مع الاهتزازات الميكانيكية المتكررة أثناء التشغيل من خلال اختبارات الاهتزاز الميكانيكية (خاصة اختبارات الاهتزاز العشوائية).

يشير إجهاد التأثير الميكانيكي إلى الإجهاد الميكانيكي الناتج عن تفاعل مباشر واحد بين منتج إلكتروني وجسم آخر (أو مكون) تحت تأثير قوى بيئية خارجية، مما يؤدي إلى تغير مفاجئ في القوة أو الإزاحة أو السرعة أو التسارع للمنتج في لحظة. ضغط. تحت تأثير الإجهاد الميكانيكي، يمكن للمنتجات إطلاق ونقل قدر كبير من الطاقة في فترة زمنية قصيرة جدًا، مما يتسبب في أضرار جسيمة للمنتج، مثل التسبب في خلل في المنتجات الإلكترونية، ودائرة كهربائية مفتوحة/قصيرة فورية، وتشقق وكسر هيكل التجميع والتعبئة. انتظر. يختلف الضرر التراكمي الناتج عن الاهتزاز طويل المدى عن الضرر التراكمي الذي يلحق بالمنتجات بسبب التأثير الميكانيكي، وهو إطلاق مركز للطاقة. ولذلك فإن حجم اختبار التأثير الميكانيكي كبير ومدة نبضة التأثير قصيرة. القيمة القصوى لتلف المنتج هي القيمة الرئيسية. تتراوح مدة النبضة من بضعة ميلي ثانية فقط إلى عشرات المللي ثانية، ويتلاشى الاهتزاز بعد النبض الرئيسي بسرعة. يتم تحديد حجم إجهاد التأثير الميكانيكي هذا من خلال ذروة التسارع ومدة نبضة التأثير. يعكس حجم ذروة التسارع حجم قوة التأثير المطبقة على المنتج، في حين يرتبط تأثير مدة نبضة التأثير على المنتج بالتردد الطبيعي للمنتج. متعلق ب. يأتي ضغط التأثير الميكانيكي الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية من التغيرات الجذرية في الحالة الميكانيكية للمعدات والمعدات الإلكترونية، مثل الكبح في حالات الطوارئ وتأثير المركبات، والإنزال الجوي وتحطم الطائرات، وإطلاق نيران المدفعية، وانفجارات الطاقة الكيميائية، والانفجارات النووية، انفجارات الصواريخ وما إلى ذلك. التأثير الميكانيكي القوي أو القوة المفاجئة أو الحركة المفاجئة بسبب التحميل أو التفريغ أو النقل أو العمل في الموقع سوف يتسبب أيضًا في تحمل المنتج للتأثير الميكانيكي. يمكن استخدام اختبارات التأثير الميكانيكي لتقييم قدرة المنتجات الإلكترونية على التكيف (مثل هياكل الدوائر) مع التأثيرات الميكانيكية غير المتكررة أثناء الاستخدام والنقل.

يشير إجهاد التسارع المستمر (قوة الطرد المركزي) إلى قوة الطرد المركزي الناتجة عن التغيير المستمر في اتجاه حركة الناقل عندما تعمل المنتجات الإلكترونية على حامل متحرك. قوة الطرد المركزي هي قوة قصورية افتراضية تحافظ على تحرك الجسم الدوار بعيدًا عن مركز الدوران. قوة الطرد المركزي مساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه للقوة الجاذبة المركزية. بمجرد اختفاء قوة الجذب المركزي المتكونة من محصلة القوة الخارجية والإشارة إلى مركز الدائرة، لن يدور الجسم الدوار بعد ذلك. بدلاً من ذلك، فإنه يطير على طول الاتجاه المماس لمسار الدوران في هذه اللحظة، ويتلف المنتج في هذه اللحظة. يرتبط حجم قوة الطرد المركزي بالكتلة والسرعة والتسارع (نصف قطر الدوران) للجسم المتحرك. بالنسبة للمكونات الإلكترونية التي لم يتم لحامها بقوة، فإن المكونات سوف تتطاير بعيدًا بسبب انفصال وصلات اللحام تحت تأثير قوة الطرد المركزي، مما يتسبب في تطاير المكونات بعيدًا. فشل المنتج. تأتي قوة الطرد المركزي التي تتحملها المنتجات الإلكترونية من حالة التشغيل المتغيرة باستمرار للمعدات والمعدات الإلكترونية في اتجاه الحركة، مثل تغيرات اتجاه المركبات الجارية والطائرات والصواريخ والقذائف وما إلى ذلك، مما يتسبب في تلف المعدات الإلكترونية والداخلية مكونات لتحمل قوى الطرد المركزي بخلاف الجاذبية. وتتراوح مدة عملها من بضع ثوان إلى بضع دقائق، مع أخذ الصواريخ والقذائف الصاروخية كأمثلة. وبمجرد الانتهاء من تغيير الاتجاه، تختفي قوة الطرد المركزي، وتعود قوة الطرد المركزي للعمل مرة أخرى عند تغيير الاتجاه مرة أخرى، مما قد يشكل قوة طرد مركزية مستمرة طويلة المدى. يمكن تقييم صلابة هيكل اللحام للمنتجات الإلكترونية، وخاصة المكونات ذات الحجم الكبير المثبتة على السطح، من خلال اختبار التسارع المستمر (اختبار الطرد المركزي).

3. إجهاد الرطوبة

يشير إجهاد الرطوبة إلى إجهاد الرطوبة الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية عند العمل في بيئة جوية ذات رطوبة معينة. المنتجات الإلكترونية حساسة للغاية للرطوبة. بمجرد أن تتجاوز الرطوبة النسبية للبيئة 30% رطوبة نسبية، قد تتآكل المواد المعدنية للمنتجات، وقد تنحرف معلمات الأداء الكهربائي أو تتجاوز التفاوتات المسموح بها. على سبيل المثال، في ظل ظروف الرطوبة العالية على المدى الطويل، سينخفض ​​أداء العزل للمواد العازلة بعد امتصاص الرطوبة، مما يتسبب في حدوث دوائر قصيرة أو صدمات كهربائية عالية الجهد؛ بالنسبة للمكونات الإلكترونية الملامسة، مثل المقابس والمقابس وما إلى ذلك، عند التصاق الرطوبة بالسطح، سيحدث التآكل بسهولة وسيتشكل فيلم أكسيد. مما يؤدي إلى زيادة مقاومة جهاز الاتصال، وفي الحالات الشديدة سيتم حظر الدائرة؛ في بيئة شديدة الرطوبة، سيؤدي الضباب أو بخار الماء إلى ظهور شرارات عند تشغيل جهات اتصال الترحيل، ولن تكون قادرة على العمل بعد الآن؛ تعد رقائق أشباه الموصلات أكثر حساسية لبخار الماء، وبمجرد حدوث بخار الماء على سطح الشريحة إذا تجاوز المعيار، فإن تآكل الأسلاك سيصبح سريعًا للغاية؛ من أجل منع تآكل المكونات الإلكترونية بسبب بخار الماء، يتم استخدام تقنية التغليف أو التغليف المحكم لعزل المكونات عن الجو الخارجي والتلوث. يأتي إجهاد الرطوبة الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية من بخار الماء الملتصق على سطح المواد في بيئة عمل المعدات والمعدات الإلكترونية وبخار الماء الذي يخترق المكونات. ويرتبط حجم الإجهاد الرطوبي بمستوى الرطوبة المحيطة. المناطق الساحلية الجنوبية الشرقية من بلادي هي مناطق ذات رطوبة عالية. خاصة في فصلي الربيع والصيف، تصل الرطوبة النسبية إلى حد أقصى يزيد عن 90% رطوبة نسبية. تأثير الرطوبة مشكلة لا مفر منها. يمكن تقييم قدرة المنتجات الإلكترونية على التكيف للاستخدام أو التخزين في ظل ظروف الرطوبة العالية من خلال اختبارات الحرارة الرطبة الثابتة واختبارات مقاومة الرطوبة.

4. إجهاد رش الملح

يشير إجهاد رش الملح إلى إجهاد رش الملح الذي يتحمله سطح المادة عندما تعمل المنتجات الإلكترونية في بيئة تشتت جوية تتكون من قطرات صغيرة تحتوي على الملح. يأتي رذاذ الملح عمومًا من البيئة المناخية البحرية والبيئة المناخية للبحيرات المالحة الداخلية. مكوناته الرئيسية هي كلوريد الصوديوم وبخار الماء. إن وجود أيونات Na+ وCl- هو السبب الأساسي لتآكل المواد المعدنية. عندما يلتصق رذاذ الملح بسطح العازل، ستقل مقاومة سطحه. بعد أن يمتص العازل المحلول الملحي، ستقل مقاومته الحجمية بمقدار 4 مراتب أسية. عندما يلتصق رذاذ الملح بسطح الأجزاء الميكانيكية المتحركة، يزداد إنتاج منتجات التآكل. إذا كان معامل الاحتكاك كبيرًا جدًا، فقد تتعطل الأجزاء المتحركة؛ على الرغم من اعتماد تقنية التغليف والتعبئة المحكمة لتجنب تآكل رقائق أشباه الموصلات، إلا أن المسامير الخارجية للأجهزة الإلكترونية غالبًا ما تفقد وظيفتها بسبب تآكل رذاذ الملح؛ الطباعة يمكن أن يؤدي التآكل الموجود في لوحة PCB إلى قصر الأسلاك المجاورة. يأتي ضغط رش الملح الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية من الضباب المحتوي على الملح في البيئة الجوية. في المناطق الساحلية أو على متن السفن والسفن الحربية، يحتوي الجو على الكثير من الملح، مما له تأثير خطير على تعبئة المكونات الإلكترونية. يمكن تقييم قدرة العبوات الإلكترونية على التكيف مع رش الملح عن طريق تسريع التآكل من خلال اختبار رش الملح.

5. الإجهاد الكهرومغناطيسي

يشير الإجهاد الكهرومغناطيسي إلى الضغط الكهرومغناطيسي الذي تتحمله المنتجات الإلكترونية في المجال الكهرومغناطيسي حيث يتغير المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي بشكل تفاعلي. يشمل المجال الكهرومغناطيسي جانبين: المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي، ويتم تمثيل خصائصهما بكثافة المجال الكهربائي E (أو الإزاحة الكهربائية D) وكثافة التدفق المغناطيسي B (أو شدة المجال المغناطيسي H) على التوالي. في المجال الكهرومغناطيسي، يرتبط المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي ارتباطًا وثيقًا. سوف يسبب المجال الكهربائي المتغير بمرور الوقت مجالًا مغناطيسيًا، والمجال المغناطيسي المتغير بمرور الوقت سوف يسبب مجالًا كهربائيًا. يثير المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي بعضهما البعض، مما يؤدي إلى حركة المجال الكهرومغناطيسي لتكوين موجات كهرومغناطيسية. يمكن للموجات الكهرومغناطيسية أن تنتشر ذاتيًا في الفراغ أو المادة. يتأرجح المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي في الطور ويكونان متعامدين مع بعضهما البعض. وتتحرك على شكل موجات في الفضاء. يكون المجال الكهربائي المتحرك والمجال المغناطيسي واتجاه الانتشار متعامدين مع بعضهما البعض. سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هي سرعة الضوء (3×10^8 م/ث). عادةً ما تكون الموجات الكهرومغناطيسية التي يركز عليها التداخل الكهرومغناطيسي هي موجات الراديو وأجهزة الميكروويف. كلما زاد تردد الموجات الكهرومغناطيسية، زادت قدرة الإشعاع الكهرومغناطيسي. بالنسبة لمنتجات المكونات الإلكترونية، يعد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) للمجال الكهرومغناطيسي هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) للمكون. يأتي مصدر التداخل الكهرومغناطيسي هذا من التداخل المتبادل بين المكونات الداخلية للمكون الإلكتروني والتداخل من المعدات الإلكترونية الخارجية. قد يكون لها آثار خطيرة على أداء ووظيفة المكونات الإلكترونية. على سبيل المثال، إذا تسببت المكونات المغناطيسية داخل وحدة الطاقة DC/DC في حدوث تداخل كهرومغناطيسي للأجهزة الإلكترونية، فسوف يؤثر ذلك بشكل مباشر على معلمات جهد تموج الإخراج؛ تأثير إشعاع الترددات الراديوية على المنتجات الإلكترونية سوف يدخل مباشرة إلى الدائرة الداخلية من خلال غلاف المنتج، أو يتم تحويله إلى مضايقة تدخل إلى المنتج. يمكن تقييم قدرة المكونات الإلكترونية على مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي من خلال اختبار التوافق الكهرومغناطيسي واختبار مسح المجال الكهرومغناطيسي القريب.