Những căng thẳng chính về môi trường gây ra lỗi sản phẩm điện tử

Trong quá trình hoạt động của các sản phẩm điện tử, ngoài các ứng suất điện như điện áp và dòng điện của tải điện, ứng suất môi trường còn bao gồm các chu kỳ nhiệt độ và nhiệt độ cao, rung động và va đập cơ học, hơi ẩm và phun muối, nhiễu trường điện từ, v.v. ảnh hưởng của áp lực môi trường nêu trên, sản phẩm có thể bị suy giảm hiệu suất, sai lệch thông số, ăn mòn vật liệu, v.v. hoặc thậm chí bị hỏng.

Sản phẩm điện tử sau khi được sản xuất, từ sàng lọc, kiểm kê, vận chuyển đến sử dụng, bảo trì đều chịu tác động của áp lực môi trường khiến các tính chất vật lý, hóa học, cơ, điện của sản phẩm liên tục thay đổi. Quá trình thay đổi có thể chậm hoặc chậm. Tạm thời, tất cả phụ thuộc vào loại căng thẳng môi trường và mức độ căng thẳng.

1. Căng thẳng nhiệt độ

Các sản phẩm điện tử sẽ chịu được áp lực nhiệt độ trong mọi môi trường. Mức độ căng thẳng nhiệt độ phụ thuộc vào loại môi trường, cấu trúc sản phẩm và trạng thái làm việc. Ứng suất nhiệt độ bao gồm ứng suất nhiệt độ ở trạng thái ổn định và ứng suất nhiệt độ thay đổi.

Ứng suất nhiệt độ ở trạng thái ổn định đề cập đến nhiệt độ phản ứng của các sản phẩm điện tử khi chúng được vận hành hoặc bảo quản trong một môi trường nhiệt độ nhất định. Khi nhiệt độ phản hồi vượt quá giới hạn mà sản phẩm có thể chịu được, sản phẩm linh kiện sẽ không thể hoạt động trong phạm vi thông số điện được chỉ định, điều này có thể khiến vật liệu sản phẩm bị mềm và biến dạng, hiệu suất cách điện giảm, thậm chí quá nóng. và đốt cháy. Sản phẩm phải chịu nhiệt độ cao vào thời điểm này. Quá căng thẳng và quá nhiệt độ cao có thể khiến sản phẩm bị hỏng trong một khoảng thời gian ngắn; khi nhiệt độ phản ứng không vượt quá phạm vi nhiệt độ vận hành quy định của sản phẩm, ảnh hưởng của ứng suất nhiệt độ ở trạng thái ổn định được biểu hiện ở tác động lâu dài và nhiệt độ. Ảnh hưởng lâu dài sẽ khiến vật liệu sản phẩm bị lão hóa dần dần và dẫn điện. các thông số hiệu suất bị lệch hoặc vượt quá dung sai, cuối cùng dẫn đến lỗi sản phẩm. Đối với sản phẩm, ứng suất nhiệt độ mà nó phải chịu tại thời điểm này là ứng suất nhiệt độ dài hạn. Ứng suất nhiệt độ ở trạng thái ổn định mà các sản phẩm điện tử gặp phải xuất phát từ tải nhiệt độ môi trường xung quanh của sản phẩm và nhiệt sinh ra do mức tiêu thụ điện năng của chính sản phẩm đó. Ví dụ, do hệ thống làm mát bị lỗi hoặc rò rỉ dòng nhiệt ở nhiệt độ cao từ thiết bị, nhiệt độ của bộ phận sẽ vượt quá giới hạn trên của nhiệt độ cho phép và bộ phận đó sẽ chịu được nhiệt độ cao. Quá căng thẳng; khi nhiệt độ môi trường bảo quản ổn định trong thời gian dài, sản phẩm sẽ chịu áp lực về nhiệt độ trong thời gian dài. Khả năng giới hạn chịu nhiệt độ cao của các sản phẩm điện tử có thể được xác định thông qua thử nghiệm nướng ở nhiệt độ cao từng bước và có thể đánh giá tuổi thọ của các sản phẩm điện tử hoạt động ở nhiệt độ dài hạn thông qua thử nghiệm tuổi thọ ở trạng thái ổn định (tăng tốc nhiệt độ cao).

Ứng suất nhiệt độ thay đổi đề cập đến ứng suất nhiệt trên bề mặt vật liệu gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ khi sản phẩm điện tử ở trạng thái nhiệt độ thay đổi do sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt của từng vật liệu chức năng của sản phẩm. Khi nhiệt độ thay đổi mạnh, sản phẩm có thể bị vỡ ở bề mặt vật liệu và bị hỏng. Tại thời điểm này, sản phẩm phải chịu ứng suất quá mức thay đổi nhiệt độ hoặc ứng suất sốc nhiệt độ; khi nhiệt độ thay đổi tương đối chậm, ảnh hưởng của việc thay đổi ứng suất nhiệt độ được biểu hiện dưới dạng lâu dài. Giao diện vật liệu tiếp tục chịu được ứng suất nhiệt tạo ra khi thay đổi nhiệt độ và hư hỏng vết nứt vi mô có thể xảy ra ở các khu vực vi mô cục bộ. Hư hỏng này dần dần tích tụ, cuối cùng dẫn đến nứt hoặc hư hỏng bề mặt vật liệu của sản phẩm. Tại thời điểm này, sản phẩm phải chịu sự thay đổi nhiệt độ lâu dài. Căng thẳng hoặc căng thẳng chu kỳ nhiệt độ. Ứng suất nhiệt độ thay đổi mà các sản phẩm điện tử gặp phải xuất phát từ sự thay đổi nhiệt độ của môi trường đặt sản phẩm và trạng thái chuyển đổi của chính nó. Ví dụ: khi di chuyển từ nơi ấm áp trong nhà đến ngoài trời lạnh lẽo, dưới bức xạ mặt trời mạnh, lượng mưa đột ngột hoặc ngâm mình trong nước, nhiệt độ máy bay thay đổi nhanh chóng từ mặt đất lên độ cao lớn, làm việc không liên tục trong môi trường vùng lạnh và ánh nắng mặt trời. và sự thay đổi của mặt trời ngược trong không gian. Thay đổi, hàn nóng chảy lại và làm lại các mô-đun vi mạch, v.v., sản phẩm phải chịu ứng suất sốc nhiệt độ; những thay đổi định kỳ về nhiệt độ khí hậu tự nhiên, điều kiện làm việc không liên tục, những thay đổi về nhiệt độ hoạt động của chính hệ thống thiết bị và những thay đổi về âm lượng cuộc gọi của thiết bị liên lạc khiến thiết bị Khi mức tiêu thụ điện năng dao động, sản phẩm phải chịu áp lực về chu kỳ nhiệt độ. Thử nghiệm sốc nhiệt có thể được sử dụng để đánh giá khả năng chống chịu của các sản phẩm điện tử trước những thay đổi đột ngột về nhiệt độ và thử nghiệm chu kỳ nhiệt độ có thể được sử dụng để đánh giá khả năng thích ứng của các sản phẩm điện tử với hoạt động lâu dài trong điều kiện nhiệt độ cao và thấp xen kẽ.

2. Ứng suất cơ học

Các ứng suất cơ học mà các sản phẩm điện tử phải chịu bao gồm rung động cơ học, sốc cơ học và gia tốc không đổi (lực ly tâm).

Ứng suất rung cơ học đề cập đến ứng suất cơ học được tạo ra bởi các sản phẩm điện tử chuyển động qua lại xung quanh một vị trí cân bằng nhất định dưới tác động của các lực môi trường bên ngoài. Rung động cơ học được phân loại theo nguyên nhân hình thành thành dao động tự do, dao động cưỡng bức và dao động tự kích thích; Theo quy luật chuyển động của dao động cơ học, nó được phân thành dao động hình sin và dao động ngẫu nhiên. Hai dạng rung này có sức công phá khác nhau trên sản phẩm. Cái sau có sức tàn phá cao hơn. Lớn hơn nên hầu hết các đánh giá kiểm tra độ rung đều áp dụng các kiểm tra độ rung ngẫu nhiên. Tác động của rung động cơ học lên các sản phẩm điện tử bao gồm biến dạng, uốn cong, nứt, gãy,… do rung động gây ra. Các sản phẩm điện tử chịu tác động của ứng suất rung trong thời gian dài sẽ khiến vật liệu kết cấu giao diện bị nứt do mỏi và gây ra hỏng hóc do mỏi cơ học; nếu điều này xảy ra Sự cộng hưởng sẽ dẫn đến hiện tượng nứt do ứng suất quá mức, gây ra hư hỏng cấu trúc tức thời cho các sản phẩm điện tử. Ứng suất rung cơ học mà các sản phẩm điện tử phải chịu xuất phát từ tải trọng cơ học của môi trường làm việc, chẳng hạn như quay, đập, dao động và các tải trọng cơ học môi trường khác của máy bay, phương tiện, tàu thủy, phương tiện trên không và các kết cấu cơ khí mặt đất, đặc biệt là trong quá trình vận chuyển khi sản phẩm được sản xuất. không ở trong tình trạng làm việc. Và là các bộ phận được gắn trên xe hoặc trên không, chúng chắc chắn phải chịu áp lực rung cơ học trong quá trình vận hành. Khả năng thích ứng của sản phẩm điện tử với các rung động cơ học lặp đi lặp lại trong quá trình hoạt động có thể được đánh giá thông qua các thử nghiệm rung cơ học (đặc biệt là các thử nghiệm rung động ngẫu nhiên).

Ứng suất tác động cơ học là ứng suất cơ học gây ra bởi một tương tác trực tiếp duy nhất giữa một sản phẩm điện tử và một vật thể (hoặc linh kiện) khác dưới tác động của các lực môi trường bên ngoài, dẫn đến sự thay đổi đột ngột về lực, độ dịch chuyển, tốc độ hoặc gia tốc của sản phẩm trong ngay lập tức. Nhấn mạnh. Dưới tác động của ứng suất tác động cơ học, sản phẩm có thể giải phóng và truyền năng lượng đáng kể trong một khoảng thời gian rất ngắn, gây hư hỏng nghiêm trọng cho sản phẩm, chẳng hạn như gây ra trục trặc cho sản phẩm điện tử, hở mạch/ngắn mạch tức thời, nứt và gãy phần cứng. cơ cấu lắp ráp và đóng gói. Chờ đợi. Khác với hư hỏng tích lũy do rung động lâu dài, hư hỏng sản phẩm do tác động cơ học là sự giải phóng năng lượng tập trung. Do đó, cường độ của thử nghiệm tác động cơ học lớn và thời gian xung tác động ngắn. Giá trị cực đại của hư hỏng sản phẩm là chính. Thời lượng của xung chỉ từ vài mili giây đến hàng chục mili giây và độ rung sau xung chính sẽ giảm đi nhanh chóng. Độ lớn của ứng suất va chạm cơ học này được xác định bởi gia tốc cực đại và thời gian của xung va chạm. Độ lớn của gia tốc cực đại phản ánh độ lớn của lực tác động lên sản phẩm, trong khi tác động của khoảng thời gian xung tác động lên sản phẩm có liên quan đến tần số tự nhiên của sản phẩm. có liên quan. Ứng suất tác động cơ học mà các sản phẩm điện tử phải chịu đựng xuất phát từ những thay đổi mạnh mẽ về trạng thái cơ học của thiết bị và thiết bị điện tử, chẳng hạn như phanh khẩn cấp và tác động của phương tiện, thả dù và rơi máy bay, phóng pháo, vụ nổ năng lượng hóa học và vụ nổ hạt nhân, vụ nổ tên lửa,… Tác động cơ học mạnh, lực tác động đột ngột hoặc chuyển động đột ngột do bốc, dỡ, vận chuyển hoặc làm việc tại chỗ cũng sẽ khiến sản phẩm chịu được tác động cơ học. Thử nghiệm tác động cơ học có thể được sử dụng để đánh giá khả năng thích ứng của các sản phẩm điện tử (như cấu trúc mạch) với các tác động cơ học không lặp lại trong quá trình sử dụng và vận chuyển.

Ứng suất gia tốc không đổi (lực ly tâm) đề cập đến lực ly tâm được tạo ra bởi sự thay đổi liên tục hướng chuyển động của vật mang khi các sản phẩm điện tử đang làm việc trên vật mang chuyển động. Lực ly tâm là lực quán tính ảo giữ cho vật quay chuyển động ra xa tâm quay. Lực ly tâm có độ lớn bằng nhau và ngược chiều với lực hướng tâm. Một khi lực hướng tâm do ngoại lực tạo thành và hướng vào tâm của vòng tròn biến mất thì vật đang quay sẽ không còn quay nữa. Thay vào đó, nó bay ra theo hướng tiếp tuyến của quỹ đạo quay tại thời điểm này và sản phẩm bị hỏng tại thời điểm này. Độ lớn của lực ly tâm liên quan đến khối lượng, tốc độ và gia tốc (bán kính quay) của vật chuyển động. Đối với các linh kiện điện tử không được hàn chắc chắn, linh kiện sẽ bay đi do các mối hàn bị bong ra dưới tác dụng của lực ly tâm khiến linh kiện bay đi. Sản phẩm thất bại. Lực ly tâm mà các sản phẩm điện tử phải chịu xuất phát từ trạng thái hoạt động liên tục thay đổi của các thiết bị, thiết bị điện tử theo hướng chuyển động, chẳng hạn như sự thay đổi hướng của các phương tiện đang chạy, máy bay, tên lửa, tên lửa, v.v., gây ra các thiết bị điện tử và các bộ phận bên trong. các bộ phận chịu được lực ly tâm không phải là trọng lực. Thời gian hành động của nó dao động từ vài giây đến vài phút, lấy tên lửa và tên lửa làm ví dụ. Sau khi hoàn thành việc thay đổi hướng, lực ly tâm biến mất và lực ly tâm lại tác động khi hướng thay đổi trở lại, có thể tạo thành lực ly tâm liên tục trong thời gian dài. Độ chắc chắn của kết cấu hàn của các sản phẩm điện tử, đặc biệt là các linh kiện gắn trên bề mặt có khối lượng lớn, có thể được đánh giá thông qua thử nghiệm gia tốc không đổi (thử nghiệm ly tâm).

3. Căng thẳng về độ ẩm

Căng thẳng về độ ẩm đề cập đến căng thẳng về độ ẩm mà các sản phẩm điện tử phải chịu đựng khi làm việc trong môi trường khí quyển có độ ẩm nhất định. Các sản phẩm điện tử rất nhạy cảm với độ ẩm. Khi độ ẩm tương đối của môi trường vượt quá 30% RH, vật liệu kim loại của sản phẩm có thể bị ăn mòn và các thông số hiệu suất điện có thể bị lệch hoặc vượt quá dung sai. Ví dụ, trong điều kiện độ ẩm cao kéo dài, hiệu suất cách điện của vật liệu cách điện sẽ giảm sau khi hấp thụ độ ẩm, gây đoản mạch hoặc điện giật điện áp cao; Đối với các linh kiện điện tử tiếp xúc như phích cắm, ổ cắm... khi hơi ẩm bám vào bề mặt sẽ dễ xảy ra hiện tượng ăn mòn và hình thành màng oxit. , làm cho điện trở của thiết bị tiếp điểm tăng lên, trường hợp nặng sẽ bị tắc mạch; trong môi trường ẩm ướt nghiêm trọng, sương mù hoặc hơi nước sẽ xuất hiện tia lửa điện khi các tiếp điểm rơle hoạt động và chúng sẽ không thể hoạt động được nữa; Chip bán dẫn nhạy cảm hơn với hơi nước và một khi hơi nước xuất hiện trên bề mặt chip. Nếu vượt quá tiêu chuẩn, sự ăn mòn của dây dẫn Al sẽ trở nên cực kỳ nhanh chóng; Để ngăn chặn các linh kiện điện tử bị ăn mòn bởi hơi nước, công nghệ đóng gói hoặc đóng gói kín khí được sử dụng để cách ly các linh kiện với không khí bên ngoài và ô nhiễm. Ứng suất về độ ẩm mà các sản phẩm điện tử phải chịu xuất phát từ hơi nước bám trên bề mặt vật liệu trong môi trường làm việc của thiết bị điện tử và hơi nước xâm nhập vào các bộ phận. Mức độ căng thẳng về độ ẩm có liên quan đến mức độ ẩm xung quanh. Vùng ven biển Đông Nam nước tôi là vùng có độ ẩm cao. Đặc biệt vào mùa xuân và mùa hè, độ ẩm tương đối đạt tối đa trên 90%RH. Ảnh hưởng của độ ẩm là vấn đề khó tránh khỏi. Khả năng thích ứng của các sản phẩm điện tử để sử dụng hoặc bảo quản trong điều kiện độ ẩm cao có thể được đánh giá thông qua các thử nghiệm nhiệt ẩm ở trạng thái ổn định và thử nghiệm khả năng chống ẩm.

4. Căng thẳng phun muối

Ứng suất phun muối đề cập đến ứng suất phun muối mà bề mặt vật liệu phải chịu khi các sản phẩm điện tử hoạt động trong môi trường phân tán khí quyển bao gồm các giọt nhỏ chứa muối. Phun muối thường xuất phát từ môi trường khí hậu biển và môi trường khí hậu hồ muối nội địa. Thành phần chính của nó là NaCl và hơi nước. Sự có mặt của các ion Na+ và Cl- là nguyên nhân cơ bản gây ra sự ăn mòn vật liệu kim loại. Khi phun muối bám vào bề mặt chất cách điện, điện trở bề mặt của nó sẽ giảm. Sau khi chất cách điện hấp thụ dung dịch muối, điện trở thể tích của nó sẽ giảm đi 4 bậc độ lớn. Khi phun muối bám vào bề mặt của các bộ phận cơ khí chuyển động, việc sản xuất các sản phẩm ăn mòn sẽ tăng lên. Nếu hệ số ma sát quá lớn, các bộ phận chuyển động thậm chí có thể bị kẹt; mặc dù công nghệ đóng gói và đóng gói kín khí được áp dụng để tránh ăn mòn chip bán dẫn, nhưng các chân bên ngoài của thiết bị điện tử chắc chắn thường bị mất chức năng do ăn mòn do phun muối; in Ăn mòn trên PCB có thể làm chập mạch hệ thống dây điện liền kề. Ứng suất phun muối mà các sản phẩm điện tử phải gánh chịu xuất phát từ sương mù chứa muối trong môi trường khí quyển. Tại các khu vực ven biển hoặc trên tàu thuyền, tàu chiến, không khí chứa nhiều muối, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc đóng gói các linh kiện điện tử. Khả năng thích ứng của gói điện tử với phun muối có thể được đánh giá bằng cách tăng tốc độ ăn mòn thông qua thử nghiệm phun muối.

5. Ứng suất điện từ

Ứng suất điện từ đề cập đến ứng suất điện từ mà các sản phẩm điện tử chịu trong trường điện từ nơi điện trường và từ trường thay đổi tương tác. Trường điện từ bao gồm hai khía cạnh: điện trường và từ trường, có đặc tính lần lượt được biểu thị bằng cường độ điện trường E (hoặc độ dịch chuyển điện D) và mật độ từ thông B (hoặc cường độ từ trường H). Trong điện từ trường, điện trường và từ trường có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Điện trường biến thiên theo thời gian sẽ sinh ra từ trường, từ trường biến thiên theo thời gian sẽ sinh ra điện trường. Điện trường và từ trường kích thích lẫn nhau làm cho chuyển động của trường điện từ tạo thành sóng điện từ. Sóng điện từ có thể tự lan truyền trong chân không hoặc vật chất. Điện trường và từ trường dao động cùng pha và vuông góc với nhau. Chúng di chuyển dưới dạng sóng trong không gian. Điện trường chuyển động, từ trường và hướng truyền vuông góc với nhau. Tốc độ truyền sóng điện từ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng (3×10^8m/s). Thông thường các sóng điện từ mà nhiễu điện từ tập trung vào là sóng vô tuyến và vi sóng. Tần số sóng điện từ càng cao thì khả năng bức xạ điện từ càng lớn. Đối với các sản phẩm linh kiện điện tử, nhiễu điện từ (EMI) của trường điện từ là yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng tương thích điện từ (EMC) của linh kiện. Nguồn nhiễu điện từ này xuất phát từ sự giao thoa lẫn nhau giữa các bộ phận bên trong của linh kiện điện tử và sự giao thoa từ các thiết bị điện tử bên ngoài. Có thể có ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và chức năng của các linh kiện điện tử. Ví dụ: nếu các thành phần từ tính bên trong mô-đun nguồn DC/DC gây nhiễu điện từ cho các thiết bị điện tử, nó sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số điện áp gợn sóng đầu ra; Tác động của bức xạ tần số vô tuyến lên sản phẩm điện tử sẽ xâm nhập trực tiếp vào mạch bên trong qua vỏ sản phẩm, hoặc chuyển thành hành vi quấy rối xâm nhập vào sản phẩm. Khả năng chống nhiễu điện từ của các linh kiện điện tử có thể được đánh giá thông qua thử nghiệm khả năng tương thích điện từ và thử nghiệm quét trường gần trường điện từ.