低氣壓對(duì)產(chǎn)品性能的影響 電子元器件可靠性測(cè)試
日期:2023-07-19 15:05:00 瀏覽量:984 標(biāo)簽: 可靠性測(cè)試
一、低氣壓環(huán)境
在地球引力作用下,空氣依附在地球周圍,形成大氣層,大氣層從地面一直向上延伸到數(shù)百公里高空。地球的引力使空氣具有一定重量形成大氣壓力,在某高度上的大氣壓力,是該點(diǎn)以上垂直于地面的單位面積上整個(gè)空氣柱的重量。
大氣壓是各向同性的,即在某一點(diǎn)上,不管在哪個(gè)方向上測(cè)量大氣壓都是相等的。大氣壓力的大小主要取決于海拔高度,隨高度的增加,大氣壓力逐漸降低,大氣逐漸變得稀薄。高度接近于5.5km處,大氣壓力降低到大約海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的一半;接近16km處的大氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)海平面值的1/10;在接近31km處的大氣壓力為海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的1/100。
大氣壓力的降低,必然對(duì)高海拔地區(qū)使用的電工電子產(chǎn)品產(chǎn)生影響。我國(guó)約有50%的地球表面積高于海平面1000m,約有25%的面積高于海平面2000m。壓力梯度越大,壓力改變得越快,元器件損壞的機(jī)會(huì)就越多。
二、低氣壓環(huán)境對(duì)電子元器件的影響
01對(duì)散熱產(chǎn)品影響
低氣壓環(huán)境下的電子元器件可靠性解析
電工電子產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分是散熱產(chǎn)品,如電機(jī)、變壓器等,這些產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能,使其變成熱能,使產(chǎn)品溫度升高。散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加。
散熱產(chǎn)品的熱耗散可以分成3種形式:傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。
大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對(duì)流,即依靠產(chǎn)品周圍的空氣流動(dòng)來散熱,對(duì)流散熱一般又可分為強(qiáng)迫通風(fēng)散熱和自然對(duì)流散熱。自然對(duì)流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場(chǎng),造成產(chǎn)品周圍空氣的溫度梯度,使空氣流動(dòng)散熱。強(qiáng)迫通風(fēng)散熱是通過強(qiáng)制措施,迫使空氣流過產(chǎn)品,帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。
對(duì)強(qiáng)迫對(duì)流散熱來說,在體積流不變情況下,隨高度增加,大氣壓將伴隨著空氣密度降低。空氣密度降低將直接影響強(qiáng)迫對(duì)流散熱的效果。這是由于強(qiáng)迫對(duì)流散熱是依靠氣體的流動(dòng)帶走熱量的。一般電機(jī)用的冷卻風(fēng)扇,是保證流過電機(jī)的體積流量不變,當(dāng)高度增加時(shí),由于空氣密度下降,即使體積流量不變,氣流的質(zhì)量流量將隨之降低。
02對(duì)電子元器件性能的影響
高度增加氣壓降低,對(duì)電子元器件的性能也會(huì)產(chǎn)生影響。特別是以空氣作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備,低氣壓對(duì)其影響更為顯著。在正常大氣條件下,空氣是絕好的絕緣介質(zhì),許多電器產(chǎn)品采用空氣作為絕緣介質(zhì)。當(dāng)這些產(chǎn)品用于高海拔地區(qū)作為械設(shè)備時(shí),由于大氣壓力降低,常常在電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)的電極附近產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。更嚴(yán)重的是有時(shí)會(huì)發(fā)生空氣間隙擊穿,這意味著設(shè)備的正常工作受到破壞。
三、低氣壓環(huán)境下電子元器件的可靠性控制
01 元器件的合理選用
根據(jù)元器件在電路中的使用特性進(jìn)行設(shè)計(jì)分析并合理選用元器件,是元器件可靠性的基礎(chǔ)。電子元器件的可靠性控制點(diǎn)應(yīng)前移,從源頭抓起,即從設(shè)計(jì)選用、優(yōu)選廠家、壓縮品種、可靠性試驗(yàn)、提高質(zhì)量等級(jí)抓起,使那些用代價(jià)換來的預(yù)防措施在源頭就發(fā)揮作用,而不能總是處于補(bǔ)救措施狀態(tài)。并且,應(yīng)該從元器件可靠性物理分析角度,系統(tǒng)地進(jìn)行失效信息的收集與分析、失效分析、破壞性物理分析、密封器件內(nèi)部氣氛分析、失效模式及機(jī)理與工藝的相關(guān)性分析、失效模式與影響分析等元器件的質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)等,將元器件質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)融入元器件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程,實(shí)現(xiàn)元器件的可靠性增長(zhǎng)。
02 元器件的監(jiān)制、試驗(yàn)和驗(yàn)收
元器件的生產(chǎn)、試驗(yàn)和驗(yàn)收,是保證元器件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),也是航天產(chǎn)品元器件可靠性的關(guān)鍵控制點(diǎn),其過程控制的好壞決定了元器件的固有質(zhì)量。電子元器件按功能劃分,有電子元件、分立器件和微電路等;按采購渠道劃分,有進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)元器件之分;按產(chǎn)品成熟性劃分,有貨架產(chǎn)品和新品器件。不同元器件有不同的控制要求,在下廠監(jiān)制和驗(yàn)收、到貨檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)有不同的處理方法和程序。因此,應(yīng)將元器件分門別類地進(jìn)行劃分,規(guī)定各類元器件的監(jiān)制方式、特殊試驗(yàn)要求和驗(yàn)收辦法,并明確相應(yīng)的程序和執(zhí)行單位或部門。
03 破壞性物理分析
元器件DPA(破壞性物理分析)的主要目的是要防止有明顯或潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用。除用于元器件的質(zhì)量鑒定外,在航天產(chǎn)品中,還用于元器件的驗(yàn)收、裝機(jī)前元器件的質(zhì)量復(fù)查、元器件超期復(fù)驗(yàn)以及元器件的失效分析。在一般產(chǎn)品上,DPA通常用于已裝機(jī)元器件的質(zhì)量驗(yàn)證。在航天產(chǎn)品上,DPA必須在元器件裝機(jī)以前完成,因此,需明確航天產(chǎn)品用元器件進(jìn)行DPA的時(shí)機(jī)、DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)施DPA的機(jī)構(gòu)、DPA的數(shù)據(jù)記錄要求和DPA結(jié)果的處理方法。
04 元器件的失效分析方法
元器件失效分析的主要任務(wù)是對(duì)失效的元器件進(jìn)行必要的電、物理、化學(xué)的檢測(cè),并結(jié)合元器件失效前后的具體情況及有關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行分析,以確定元器件的失效模式、失效機(jī)理和造成失效的原因。通過失效分析可以發(fā)現(xiàn)失效元器件的固有質(zhì)量問題,也有可能發(fā)現(xiàn)元器件因不按規(guī)定條件使用而失效地使用質(zhì)量問題,通過向有關(guān)方面反饋,促使責(zé)任方采取糾正措施,提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。
相對(duì)來說,失效模式的確定比較簡(jiǎn)單,而確定失效機(jī)理的難度較大,分析人員必須掌握元器件的設(shè)計(jì)、工藝和有關(guān)的理化知識(shí),并有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外,還要具備較復(fù)雜的儀器、設(shè)備。在明確失效機(jī)理后,還必須找出失效原因,才能避免重復(fù)失效,提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。但根據(jù)失效機(jī)理確定失效原因,往往涉及失效現(xiàn)場(chǎng)和責(zé)任人等具體情況,確定起來有相當(dāng)大的難度。
因此,首先要確定進(jìn)行失效分析的單位,規(guī)定提交失效分析的程序和失效信息,以及產(chǎn)品研制各階段失效元器件的失效信息記錄要求等,然后,根據(jù)失效分析的結(jié)論,對(duì)引起失效的原因進(jìn)行歸零處理。若為設(shè)計(jì)缺陷,應(yīng)和生產(chǎn)廠家一起找出問題所在并進(jìn)行改進(jìn);若為操作失誤,必須嚴(yán)格操作規(guī)范,避免引入人為的失誤。從而達(dá)到失效分析的目的,使器件制造和生產(chǎn)操作更上一個(gè)臺(tái)階。
05 元器件質(zhì)量信息的管理
在元器件選用、采購、監(jiān)制和驗(yàn)收、篩選和復(fù)驗(yàn)以及失效分析質(zhì)量保證環(huán)節(jié)中,存在大量的元器件質(zhì)量信息,例如,選用目錄外元器件的規(guī)格、型號(hào)、生產(chǎn)廠商、質(zhì)量等級(jí)以及在航天產(chǎn)品上的使用情況;國(guó)內(nèi)新品器件的研制廠家及新品器件使用情況;進(jìn)口器件的質(zhì)量保證情況;元器件失效分析報(bào)告和處理情況等。
綜上所述,低氣壓會(huì)使電子元器件的性能受到很大影響,有時(shí)會(huì)導(dǎo)致直接損壞。
低氣壓環(huán)境條件對(duì)元器件的影響在正常大氣條件下是無法模擬的,必須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。為此,一定要加強(qiáng)環(huán)境條件試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就開始考慮環(huán)境變化對(duì)產(chǎn)品的影響,增強(qiáng)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,從而提高產(chǎn)品的可靠性。