전자제품 고장을 일으키는 주요 환경적 스트레스

전자 제품의 작동 과정에서 전기 부하의 전압 및 전류와 같은 전기적 스트레스 외에도 환경적 스트레스에는 고온 및 온도 주기, 기계적 진동 및 충격, 습기 및 염수 분무, 전자기장 간섭 등이 포함됩니다. 위의 환경 스트레스의 영향으로 제품 성능 저하, 매개변수 드리프트, 재료 부식 등이 발생하거나 심지어 고장날 수도 있습니다.

전자 제품이 제조된 후 심사, 재고, 운송, 사용 및 유지 관리에 이르기까지 모두 환경 스트레스의 영향을 받아 제품의 물리적, 화학적, 기계적 및 전기적 특성이 지속적으로 변화합니다. 변경 프로세스는 느릴 수도 있고 느릴 수도 있습니다. 일시적인 것은 모두 환경 스트레스의 유형과 스트레스의 크기에 따라 다릅니다.

1. 온도 스트레스

전자 제품은 어떤 환경에서도 온도 스트레스를 견딜 수 있습니다. 온도 스트레스의 크기는 환경 유형, 제품 구조 및 작업 상태에 따라 달라집니다. 온도 스트레스에는 정상 상태 온도 스트레스와 변화하는 온도 스트레스가 포함됩니다.

정상 상태 온도 스트레스는 특정 온도 환경에서 전자 제품을 작동하거나 보관할 때 전자 제품의 반응 온도를 나타냅니다. 응답 온도가 제품이 견딜 수 있는 한계를 초과하면 구성 요소 제품이 지정된 전기 매개변수 범위 내에서 작동할 수 없으며 이로 인해 제품 재료가 부드러워지고 변형되거나 절연 성능이 저하되거나 심지어 과열될 수 있습니다. 그리고 화상. 이때 제품은 고온에 노출됩니다. 과도한 스트레스와 고온의 과도한 스트레스는 단기간에 제품 고장을 일으킬 수 있습니다. 응답 온도가 제품의 지정된 작동 온도 범위를 초과하지 않으면 정상 상태 온도 스트레스의 영향이 장기적 영향으로 나타나고 온도 장기적인 영향으로 인해 제품 재료가 점차 노화되고 전기적 성능 매개변수가 허용 오차를 벗어나거나 초과하여 결국 제품 고장으로 이어집니다. 제품의 경우 이때 견디는 온도 스트레스는 장기 온도 스트레스입니다. 전자 제품이 겪는 정상 상태 온도 스트레스는 제품의 주변 온도 부하와 자체 전력 소비로 인해 발생하는 열에서 발생합니다. 예를 들어, 냉각 시스템의 고장이나 장비의 고온 열 흐름 누출로 인해 부품의 온도가 허용 온도 상한을 초과하고 부품은 고온을 견딜 수 있습니다. 과도한 스트레스; 보관 환경 온도가 오랫동안 안정적이면 제품이 장기간 온도 스트레스를 받게 됩니다. 전자제품의 고온 저항 한계 성능은 단계별 고온 베이킹 테스트를 통해 판단할 수 있으며, 장기간 온도에서 작동하는 전자제품의 수명은 정상상태 수명 테스트(고온 가속)를 통해 평가할 수 있습니다.

변화하는 온도 응력은 제품을 구성하는 각 기능성 소재의 열팽창 계수 차이로 인해 전자 제품이 온도 상태 변화에 있을 때 온도 변화로 인해 물질 계면에 발생하는 열 응력을 의미합니다. 온도가 급격하게 변화하면 제품이 재료 경계면에서 파열되어 파손될 수 있습니다. 이때 제품은 온도 변화에 따른 과도한 스트레스나 온도 충격 스트레스를 받습니다. 온도가 상대적으로 느리게 변하면 온도 응력 변화의 효과가 장기적으로 나타납니다. 재료 계면은 온도 변화에 따라 발생하는 열 응력을 계속 견디며 국부적인 미세 영역에서 미세 균열 손상이 발생할 수 있습니다. 이러한 손상은 점차 누적되어 결국 제품 재료 인터페이스에 균열이나 손상을 초래합니다. 이때 제품은 장기간 온도 변화를 겪게 됩니다. 스트레스 또는 온도 사이클 스트레스. 전자 제품이 경험하는 온도 변화 스트레스는 제품이 위치한 환경의 온도 변화와 제품 자체의 스위칭 상태로 인해 발생합니다. 예를 들어, 따뜻한 실내에서 차가운 실외로 이동할 때, 강한 일사량, 갑작스러운 강우 또는 물에 잠기는 경우, 지상에서 고지대까지 항공기의 급격한 온도 변화, 추운 지역 환경에서 간헐적으로 작업하는 경우, 태양을 바라보는 환경 등이 있습니다. 그리고 공간의 뒷면은 변합니다. 미세 회로 모듈의 변경, 리플로우 솔더링 및 재작업 등으로 인해 제품은 온도 충격 스트레스를 받습니다. 자연 기후 온도의 주기적인 변화, 간헐적인 작업 조건, 장비 시스템 자체의 작동 온도 변화, 통신 장비의 통화량 변화로 인한 장비 전력 소비 변동이 발생하면 제품은 온도 사이클 스트레스를 받습니다. 열 충격 시험은 급격한 온도 변화에 대한 전자 제품의 저항성을 평가하는 데 사용할 수 있으며, 온도 사이클 시험은 고온과 저온 조건을 번갈아 가며 전자 제품의 장기간 작동에 대한 적응성을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

2. 기계적 스트레스

전자제품이 견디는 기계적 응력에는 기계적 진동, 기계적 충격, 일정한 가속도(원심력) 등이 있습니다.

기계적 진동 응력은 외부 환경 힘의 작용에 따라 특정 평형 위치를 중심으로 왕복 운동하는 전자 제품에 의해 발생되는 기계적 응력을 의미합니다. 기계적 진동은 발생원인에 따라 자유진동, 강제진동, 자려진동으로 분류되며, 기계적 진동의 운동 규칙에 따라 사인파 진동과 무작위 진동으로 분류됩니다. 이 두 가지 형태의 진동은 제품에 대해 서로 다른 파괴력을 갖습니다. 후자가 더 파괴적이다. 규모가 크므로 대부분의 진동 테스트 평가에서는 무작위 진동 테스트를 채택합니다. 전자제품에 대한 기계적 진동의 영향에는 진동으로 인한 변형, 굽힘, 균열, 파손 등이 포함됩니다. 오랫동안 진동 응력의 영향을 받은 전자 제품은 피로로 인해 구조 인터페이스 재료에 균열이 발생하고 기계적 피로 파손을 유발합니다. 이것이 발생하면 공진으로 인해 과도한 응력 균열이 발생하여 전자 제품에 순간적인 구조적 손상이 발생합니다. 전자 제품이 견디는 기계적 진동 응력은 회전, 맥동, 진동과 같은 작업 환경의 기계적 부하와 항공기, 차량, 선박, 항공기 및 지상 기계 구조물의 기타 환경적 기계적 부하, 특히 제품이 운송될 때 운송 중에 발생합니다. 작동 상태가 아닙니다. 그리고 차량 탑재 또는 공중 부품으로서 작동 중에 필연적으로 기계적 진동 스트레스를 받게 됩니다. 작동 중 반복적인 기계적 진동에 대한 전자 제품의 적응성은 기계적 진동 테스트(특히 무작위 진동 테스트)를 통해 평가할 수 있습니다.

기계적 충격 응력은 외부 환경 힘의 작용으로 전자 제품과 다른 물체(또는 부품) 사이의 단일한 직접적인 상호 작용으로 인해 발생하는 기계적 응력을 말하며, 이로 인해 제품의 힘, 변위, 속도 또는 가속도가 갑자기 변합니다. 아주 짧은 시간. 스트레스. 기계적 충격 응력의 작용으로 제품은 매우 짧은 시간에 상당한 에너지를 방출하고 전달할 수 있으며, 이로 인해 전자 제품의 오작동, 순간 개방/단락, 부품의 균열 및 파손 등 제품에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 조립 및 포장 구조. 기다리다. 장기간의 진동으로 인한 누적 손상과 달리 기계적 충격으로 인한 제품 손상은 집중적인 에너지 방출입니다. 따라서 기계적 충격 시험의 규모는 크고 충격 펄스의 지속 시간은 짧습니다. 제품 손상의 피크 값이 주요 펄스의 지속 시간은 몇 밀리초에서 수십 밀리초에 불과하며 메인 펄스 이후의 진동은 빠르게 감소합니다. 이 기계적 충격 응력의 크기는 최대 가속도와 충격 펄스의 지속 시간에 의해 결정됩니다. 최대 가속도의 크기는 제품에 가해지는 충격력의 크기를 반영하는 반면, 제품에 대한 충격 펄스 지속 시간의 영향은 제품의 고유 진동수와 관련됩니다. 관련된. 전자제품이 견디는 기계적 충격 응력은 차량의 비상제동 및 충격, 항공기의 낙하 및 추락, 포격발사, 화학에너지 폭발 및 핵폭발 등 전자장비 및 장비의 기계적 상태의 급격한 변화로 인해 발생하며, 미사일 폭발 등 강한 기계적 충격, 갑작스러운 힘 또는 적재, 하역, 운송 또는 현장 작업으로 인한 갑작스러운 움직임으로 인해 제품이 기계적 충격을 견딜 수도 있습니다. 기계적 충격 테스트는 사용 및 운송 중 비반복적인 기계적 충격에 대한 전자 제품(예: 회로 구조)의 적응성을 평가하는 데 사용할 수 있습니다.

등가속도(원심력) 응력은 이동하는 캐리어 위에서 전자제품이 작동할 때 캐리어의 운동 방향이 계속 바뀌면서 발생하는 원심력을 말합니다. 원심력은 회전하는 물체가 회전 중심에서 멀어지도록 유지하는 가상의 관성력입니다. 원심력은 구심력과 크기가 같고 방향이 반대입니다. 순 외력에 의해 형성되고 원의 중심을 가리키는 구심력이 사라지면 회전하는 물체는 더 이상 회전하지 않습니다. 대신 이 순간 회전 궤적의 접선 방향을 따라 날아가게 되어 이 순간 제품이 손상됩니다. 원심력의 크기는 움직이는 물체의 질량, 속도, 가속도(회전 반경)와 관련이 있습니다. 단단히 용접되지 않은 전자 부품의 경우 원심력의 작용으로 솔더 조인트가 분리되어 부품이 날아가게 됩니다. 제품 고장. 전자제품이 견디는 원심력은 달리는 차량, 항공기, 로켓, 미사일 등의 방향전환 등 이동방향에 따른 전자장비 및 장비의 작동상태가 지속적으로 변화함에 따라 발생하며, 이로 인해 전자장비 및 내부의 손상이 발생하게 됩니다. 중력 이외의 원심력을 견디는 부품. 작동 시간은 로켓과 미사일을 예로 들어 몇 초에서 몇 분까지 다양합니다. 방향전환이 완료되면 원심력은 사라지고, 다시 방향을 바꾸면 다시 원심력이 작용하여 장기간 연속적인 원심력을 형성할 수 있다. 전자제품, 특히 대용량 표면 실장 부품의 용접 구조의 견고성은 등가속 시험(원심 시험)을 통해 평가할 수 있습니다.

3. 수분 스트레스

수분 스트레스는 특정 습도의 대기 환경에서 작동할 때 전자 제품이 견디는 습기 스트레스를 말합니다. 전자제품은 습도에 매우 민감합니다. 환경의 상대 습도가 30% RH를 초과하면 제품의 금속 재료가 부식될 수 있으며 전기 성능 매개변수가 표류하거나 허용 오차를 초과할 수 있습니다. 예를 들어, 장기간 고습 상태에서는 수분을 흡수한 후 절연재의 절연 성능이 저하되어 단락이나 고전압 감전이 발생할 수 있습니다. 플러그, 소켓 등 접촉형 전자부품은 표면에 수분이 부착되면 부식이 일어나기 쉽고 산화막이 형성됩니다. , 접촉 장치의 저항이 증가하고 심한 경우 회로가 차단됩니다. 습도가 매우 높은 환경에서는 안개나 수증기로 인해 릴레이 접점이 작동할 때 스파크가 발생하여 더 이상 작동할 수 없습니다. 반도체 칩은 수증기에 더 민감하며, 일단 칩 표면에 수증기가 발생하면 이 기준을 초과하면 배선 Al의 부식이 매우 빨라집니다. 전자 부품이 수증기에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 캡슐화 또는 기밀 포장 기술을 사용하여 부품을 외부 대기 및 오염으로부터 격리합니다. 전자 제품이 견디는 습기 스트레스는 전자 장비 및 장비의 작업 환경에서 재료 표면에 부착된 수증기와 부품에 침투하는 수증기에서 발생합니다. 수분 스트레스의 크기는 주변 습도 수준과 관련이 있습니다. 우리나라 남동해안 지역은 습도가 높은 지역이다. 특히 봄과 여름에는 상대습도가 최대 90%RH에 달합니다. 습도의 영향은 피할 수 없는 문제입니다. 높은 습도 조건에서 사용 또는 보관하기 위한 전자 제품의 적응성은 정상 상태 내습열 테스트 및 내습 테스트를 통해 평가할 수 있습니다.

4. 염수 분무 스트레스

염수 분무 응력은 염분이 함유된 작은 물방울로 구성된 대기 분산 환경에서 전자 제품이 작동할 때 재료 표면이 견디는 염수 분무 응력을 나타냅니다. 염수 분무는 일반적으로 해양 기후 환경과 내륙 염호 기후 환경에서 발생합니다. 주요 구성 요소는 NaCl과 수증기입니다. Na+ 및 Cl- 이온의 존재는 금속 재료의 부식의 근본적인 원인입니다. 염수 분무가 절연체 표면에 부착되면 표면 저항이 감소합니다. 절연체가 염용액을 흡수한 후에는 부피 저항이 4배로 감소합니다. 움직이는 기계 부품의 표면에 염수 분무가 부착되면 부식 생성물의 생성이 증가합니다. 마찰 계수가 너무 크면 움직이는 부품이 걸릴 수도 있습니다. 반도체 칩의 부식을 방지하기 위해 캡슐화 및 기밀 포장 기술이 채택되었지만 전자 장치의 외부 핀은 염수 분무 부식으로 인해 필연적으로 기능을 상실하는 경우가 많습니다. PCB의 부식으로 인해 인접한 배선이 단락될 수 있습니다. 전자 제품이 견디는 염수 분무 스트레스는 대기 환경의 염분 함유 안개로 인해 발생합니다. 해안 지역이나 선박 및 군함의 대기에는 염분이 많이 포함되어 있어 전자 부품 포장에 심각한 영향을 미칩니다. 염수 분무에 대한 전자 패키지의 적응성은 염수 분무 테스트를 통해 부식을 가속화하여 평가할 수 있습니다.

5. 전자기 스트레스

전자기 응력은 전기장과 자기장이 상호적으로 변화하는 전자기장에서 전자 제품이 견디는 전자기 응력을 말합니다. 전자기장은 전기장과 자기장의 두 가지 측면을 포함하며, 그 특성은 각각 전기장 강도 E(또는 전기 변위 D)와 자속 밀도 B(또는 자기장 강도 H)로 표시됩니다. 전자기장에서는 전기장과 자기장이 밀접한 관련이 있습니다. 시간에 따라 변하는 전기장은 자기장을 만들고, 시간에 따라 변하는 자기장은 전기장을 만듭니다. 전기장과 자기장은 서로 자극하여 전자기장의 움직임을 유발하여 전자기파를 형성합니다. 전자기파는 진공이나 물질 속에서 자체 전파될 수 있습니다. 전기장과 자기장은 같은 위상으로 진동하며 서로 수직입니다. 그들은 공간에서 파도의 형태로 움직입니다. 움직이는 전기장, 자기장, 전파 방향은 서로 수직입니다. 진공에서 전자파의 전파 속도는 빛의 속도(3×10^8m/s)입니다. 일반적으로 전자기 간섭이 집중되는 전자기파는 전파와 마이크로파입니다. 전자기파의 주파수가 높을수록 전자기 복사 능력이 커집니다. 전자부품 제품의 경우 전자기장의 전자파간섭(EMI)은 부품의 전자파적합성(EMC)에 영향을 미치는 주요 요인이다. 이러한 전자기 간섭의 원인은 전자 부품의 내부 구성 요소 간의 상호 간섭과 외부 전자 장비의 간섭으로 인해 발생합니다. 전자 부품의 성능과 기능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, DC/DC 전원 모듈 내부의 자기 구성 요소가 전자 장치에 전자기 간섭을 일으키는 경우 출력 리플 전압 매개변수에 직접적인 영향을 미칩니다. 전자 제품에 대한 무선 주파수 방사선의 영향은 제품 껍질을 통해 내부 회로로 직접 들어가거나 전도된 괴롭힘으로 변환되어 제품에 들어갑니다. 전자 부품의 전자기 간섭 방지 기능은 전자기 호환성 테스트 및 전자기장 근거리 스캐닝 테스트를 통해 평가할 수 있습니다.