電子製品の故障を引き起こす主な環境ストレス - 日刊記事

電子製品の動作プロセスでは、電気負荷の電圧や電流などの電気的ストレスに加えて、高温と温度サイクル、機械的振動と衝撃、湿気と塩水噴霧、電磁界干渉などの環境ストレスも含まれます。上記の環境ストレスの影響により、製品の性能低下、パラメータのドリフト、材料の腐食などが発生したり、場合によっては故障する可能性があります。

電子製品の製造後、選別、在庫、輸送、使用、メンテナンスに至るまで、すべて環境ストレスの影響を受け、製品の物理的、化学的、機械的、電気的特性が継続的に変化します。変化のプロセスは遅い場合もあれば、遅い場合もあります。一時的なものであるかどうかは、環境ストレスの種類と大きさによって異なります。

1. 温度ストレス

電子製品は、どのような環境でも温度ストレスに耐えます。温度ストレスの大きさは、環境の種類、製品の構造、使用状態によって異なります。温度ストレスには、定常状態の温度ストレスと変化する温度ストレスが含まれます。

定常状態の温度ストレスとは、電子製品が特定の温度環境で動作または保管された場合の応答温度を指します。応答温度が製品の耐えられる限界を超えると、構成製品は指定された電気パラメータの範囲内で動作できなくなり、製品の材質が軟化して変形したり、絶縁性能が低下したり、場合によっては過熱が発生する可能性があります。そして燃えます。このとき、製品は高温にさらされます。過度のストレスや高温の過度のストレスは、短期間で製品の故障を引き起こす可能性があります。応答温度が製品の指定された動作温度範囲を超えない場合、定常状態の温度ストレスの影響は長期的な影響として現れ、温度の長期的な影響により製品の材料は徐々に劣化し、電気的劣化を引き起こします。性能パラメータがドリフトしたり、許容誤差を超えたりして、最終的には製品の故障につながります。製品にとって、このときに耐える温度ストレスが長期温度ストレスになります。電子製品が受ける定常状態の温度ストレスは、製品の周囲温度負荷と、製品自身の電力消費によって発生する熱によって発生します。たとえば、冷却システムの故障や機器からの高温熱流の漏洩により、コンポーネントの温度が許容温度の上限を超え、コンポーネントは高温に耐えることになります。過度のストレス。保管環境の温度が長期間安定している場合、製品は長期的な温度ストレスにさらされます。電子製品の高温耐性限界能力は、ステップ高温ベーキング試験を通じて決定でき、長期温度で動作する電子製品の寿命は、定常寿命試験（高温加速）を通じて評価できます。

温度変化応力とは、電子製品が温度変化状態にある場合、製品を構成する各機能材料の熱膨張係数の違いにより、温度変化によって材料界面に生じる熱応力を指します。温度が急激に変化すると、製品は材料界面で破裂し、破損する可能性があります。このとき、製品は温度変化による過大なストレスや温度衝撃によるストレスを受けます。温度変化が比較的ゆっくりである場合、温度応力変化の影響は長期にわたって現れます。材料界面は温度変化下で発生する熱応力に耐え続け、局所的な微小領域にマイクロクラック損傷が発生する可能性があります。この損傷は徐々に蓄積し、最終的には製品の材料界面に亀裂や損傷が発生します。このとき、製品は長期間の温度変化にさらされます。ストレスまたは温度サイクルストレス。電子製品が受ける温度変化によるストレスは、製品が置かれている環境の温度変化や製品自身のスイッチング状態によって生じます。たとえば、暖かい屋内から寒い屋外への移動、強い日射下、突然の雨や水没、地上から高高度までの航空機の急激な温度変化、寒冷地環境での断続的な作業、太陽に面した環境などです。そして宇宙でのバックサンの変化。マイクロ回路モジュールの変更、リフローはんだ付け、再加工などにより、製品は温度衝撃ストレスにさらされます。周期的な自然気候温度の変化、断続的な動作条件、機器システム自体の動作温度の変化、通信機器の通話量の変化などにより機器の消費電力が変動すると、製品は温度サイクルストレスを受けます。熱衝撃試験は、電子製品の急激な温度変化に対する耐性を評価するために使用でき、温度サイクル試験は、高温と低温が交互に繰り返される条件下での電子製品の長期動作への適応性を評価するために使用できます。

2. 機械的ストレス

電子製品が受ける機械的ストレスには、機械的振動、機械的衝撃、一定の加速度 (遠心力) などがあります。

機械的振動応力とは、外部環境力の作用下で特定の平衡位置の周りを往復する電子製品によって生成される機械的応力を指します。機械振動は、その発生原因により自由振動、強制振動、自励振動に分類されます。機械振動の運動規則によれば、正弦波振動とランダム振動に分類されます。これら 2 つの振動形態は、製品に対する破壊力が異なります。後者の方がより破壊的です。規模が大きいため、ほとんどの振動試験評価ではランダム振動試験が採用されています。電子製品に対する機械振動の影響には、振動による変形、曲がり、亀裂、破損などが含まれます。電子製品は長期間にわたって振動応力の作用下に置かれると、疲労により構造界面材料に亀裂が入り、機械的疲労破壊が発生します。これが発生すると、共振により過応力亀裂破壊が発生し、電子製品に瞬間的な構造的損傷を引き起こします。電子製品が受ける機械的振動ストレスは、航空機、車両、船舶、航空機、地上機械構造物の回転、脈動、振動、その他の環境機械的負荷などの作業環境の機械的負荷、特に製品を輸送する際の輸送中に発生します。作動状態ではありません。また、車両に搭載または航空機に搭載されるコンポーネントは、動作中に必然的に機械的振動ストレスにさらされます。動作中の繰り返しの機械振動に対する電子製品の適応性は、機械振動試験 (特にランダム振動試験) によって評価できます。

機械的衝撃応力とは、外部環境力の作用下で電子製品と別の物体 (またはコンポーネント) との間の単一の直接相互作用によって引き起こされる機械的応力を指し、その結果、製品の力、変位、速度、または加速度が突然変化します。一瞬。ストレス。機械的衝撃応力が作用すると、製品は非常に短期間にかなりのエネルギーを放出および伝達し、電子製品の誤動作、瞬間的な断線/短絡、製品の亀裂や破損など、製品に重大な損傷を引き起こす可能性があります。組み立てと梱包の構造。待って。長期にわたる振動によって引き起こされる累積的な損傷とは異なり、機械的衝撃によって引き起こされる製品の損傷は、エネルギーの集中的な放出です。したがって、機械的衝撃試験の強度は大きく、衝撃パルスの持続時間は短くなります。製品損傷のピーク値はメインパルスの持続時間はわずか数ミリ秒から数十ミリ秒であり、メインパルス後の振動は急速に減衰します。この機械的衝撃応力の大きさは、ピーク加速度と衝撃パルスの持続時間によって決まります。ピーク加速度の大きさは製品に加えられる衝撃力の大きさを反映し、衝撃パルスの持続時間が製品に及ぼす影響は製品の固有振動数に関係します。関連している。電子製品が受ける機械的衝撃ストレスは、車両の緊急ブレーキや衝撃、航空機の空中投下や墜落、砲撃、化学エネルギー爆発や核爆発など、電子機器や装置の機械的状態の急激な変化によって発生します。強い機械的衝撃、積み降ろし、輸送、現場での作業などによる急激な力や急激な動きにも耐えられます。機械的衝撃試験は、使用中および輸送中の非反復的な機械的衝撃に対する電子製品 (回路構造など) の適応性を評価するために使用できます。

等加速度（遠心力）応力とは、電子製品が移動するキャリア上で動作するときに、キャリアの運動方向が連続的に変化することによって発生する遠心力を指します。遠心力は、回転物体を回転中心から遠ざけようとする仮想的な慣性力です。遠心力は向心力と大きさが等しく、方向が逆です。正味の外力によって形成される円の中心を指す向心力がなくなると、回転している物体は回転しなくなります。むしろ、この瞬間の回転軌跡の接線方向に沿って飛散し、この瞬間に製品が破損することになる。遠心力の大きさは、移動する物体の質量、速度、加速度（回転半径）に関係します。電子部品の溶接がしっかりしていない場合、遠心力の作用によりはんだ接合部が剥がれ、部品が飛散してしまいます。製品の故障。電子製品が受ける遠心力は、走行する車両、航空機、ロケット、ミサイル等の方向転換など、電子機器の動作状態が進行方向に連続的に変化することで発生し、電子機器や内部に衝撃を与えます。重力以外の遠心力に耐えるコンポーネント。ロケットやミサイルを例に挙げると、その動作時間は数秒から数分の範囲です。方向転換が完了すると遠心力は消滅し、再び方向転換すると再び遠心力が作用し、長期にわたる継続的な遠心力が形成される場合がある。電子製品、特に大量の表面実装部品の溶接構造の堅さは、定加速試験（遠心試験）によって評価できます。

3. 湿気ストレス

湿気ストレスとは、電子製品が一定の湿度の大気環境で動作するときに耐える湿気ストレスを指します。電子製品は湿気に非常に敏感です。環境の相対湿度が 30% RH を超えると、製品の金属材料が腐食する可能性があり、電気的性能パラメータが変動したり、許容誤差を超えたりする可能性があります。例えば、長期間の高湿度環境下では、絶縁材料が湿気を吸収して絶縁性能が低下し、ショートや高電圧感電の原因となります。プラグやソケットなどの接触電子部品は、表面に水分が付着すると腐食が起こりやすく、酸化皮膜が形成されます。、接触装置の抵抗が増加し、ひどい場合には回路がブロックされます。湿気の多い環境では、霧や水蒸気によりリレー接点が動作するときに火花が発生し、動作できなくなります。半導体チップは水蒸気に弱く、一旦チップ表面に水蒸気が発生すると、規格を超えると配線Alの腐食が著しく進行します。電子部品が水蒸気によって腐食されるのを防ぐために、カプセル化または気密パッケージング技術を使用して部品を外気や汚染から隔離します。エレクトロニクス製品が受ける湿気ストレスは、電子機器や装置の使用環境において材料表面に付着した水蒸気や、部品内部に浸透した水蒸気によって発生します。湿気ストレスの大きさは、周囲の湿度のレベルに関係します。私の国の南東部の沿岸地域は湿度が高い地域です。特に春と夏には、相対湿度は最大で 90%RH 以上に達します。湿度の影響は避けられない問題です。電子製品の高湿度環境下での使用や保管への適応性は、定常湿熱試験や耐湿性試験によって評価できます。

4. 塩水噴霧ストレス

塩水噴霧ストレスとは、電子製品が塩分を含む小さな液滴からなる大気分散環境で動作するときに材料表面が耐える塩水噴霧ストレスを指します。塩噴霧は一般に海洋気候環境と内陸塩湖気候環境に由来します。その主成分はNaClと水蒸気です。 Na+ および Cl- イオンの存在は、金属材料の腐食の根本的な原因です。塩水噴霧が絶縁体の表面に付着すると、表面抵抗が低下します。絶縁体が塩溶液を吸収すると、その体積抵抗は 4 桁減少します。塩水噴霧が可動機械部品の表面に付着すると、腐食生成物の生成が増加します。摩擦係数が大きすぎると、可動部品が引っかかる可能性もあります。半導体チップの腐食を避けるために封止および気密パッケージング技術が採用されていますが、電子機器の外部ピンは必然的に塩水噴霧腐食によって機能を失うことがよくあります。印刷 PCB の腐食により、隣接する配線がショートする可能性があります。電子製品が受ける塩水噴霧ストレスは、大気環境中の塩分を含む霧から発生します。沿岸地域や船舶内では大気に塩分が多く含まれており、電子部品のパッケージングに重大な影響を与えます。電子パッケージの塩水噴霧への適応性は、塩水噴霧試験により腐食を促進することで評価できます。

5. 電磁ストレス

電磁ストレスとは、電界と磁界が相互作用して変化する電磁界において電子製品が受ける電磁ストレスを指します。電磁界には電界と磁界の2つの側面があり、その特性はそれぞれ電界強度E（または電気変位D）と磁束密度B（または磁界強度H）で表されます。電磁場では、電場と磁場は密接に関係しています。時間的に変化する電場は磁場を引き起こし、時間的に変化する磁場は電場を引き起こします。電場と磁場は互いに励起し、電磁場の動きによって電磁波が形成されます。電磁波は真空または物質内で自己伝播します。電場と磁場は同位相で振動し、互いに直交します。それらは空間内を波の形で移動します。移動する電場、磁場、および伝播方向は互いに垂直です。真空中の電磁波の伝播速度は光速（3×10^8m/s）です。通常、電磁干渉の対象となる電磁波は電波とマイクロ波です。電磁波の周波数が高いほど、電磁放射能力は大きくなります。電子部品製品の場合、電磁界の電磁干渉 (EMI) は、部品の電磁両立性 (EMC) に影響を与える主な要因です。この電磁干渉の原因は、電子コンポーネントの内部コンポーネント間の相互干渉と外部電子機器からの干渉によって発生します。電子部品の性能や機能に重大な影響を与える可能性があります。たとえば、DC/DC パワーモジュール内の磁気部品が電子機器に電磁干渉を引き起こす場合、出力リップル電圧パラメータに直接影響します。電子製品に対する高周波放射の影響は、製品のシェルを通って内部回路に直接侵入するか、伝導性嫌がらせに変換されて製品に侵入します。電子部品の耐電磁干渉能力は、電磁両立性試験および電磁界近接場走査試験を通じて評価できます。