Факторы, влияющие на условия работы электронных устройств можно разделить на три группы:
- управляемые;
- слабоуправляемые;
- неуправляемые.
Управляемыми факторами называются такие, на которые можно воздействовать в процессе разработки, например:
- напряжения питания, которое можно стабилизировать путем соответствующих схемных решений;
- колебания температуры уменьшаемые применением специальной теплозащиты и термостатов;
- колебания давления, которые можно уменьшить, используя герметизацию.
К слабоуправляемым факторам относятся удары, вибрация, постоянные ускорения, износ. Их действие можно уменьшать с помощью специальной защиты или других мер.
К неуправляемым факторам относятся физические и химические процессы, происходящие в материалах конструкции:
- перекристаллизация;
- поляризация диэлектрика;
- изменение физических свойств полупроводниковых материалов;
- большинство процессов старения.
Различают две среды, окружающие элементы конструкции:
- внутренняя среда;
- внешняя среда.
Внутренняя среда находится в небольшом объеме, окружающем ограниченное количество конструктивных элементов. Число таких локальных сред в одном устройстве может быть несколько. Они могут обладать существенно различными физико-химическими свойствами.
Внешняя среда находится в рабочем пространстве, окружающем устройство.
Окружающие объекты могут также оказывать заметное влияние на функции, выполняемые электронным устройством. Так, например, объекты, создающие сильные электрические, магнитные или электромагнитные поля, могут в большей или меньшей степени влиять на параметры элементов конструкции и, следовательно, на качество функционирования устройства.
Факторы, влияющие на состояние внутренней и внешней среды:
- климатические условия.;
- состав воздушной среды;
- атмосферное давление;
- солнечная радиация;
- биологическая среда.
Климатические условия разделяют на четыре вида:
1) Умеренный климат, где температура в основном от –300С до +350С, а относительная влажность воздуха до 80% при 200С.
2) Холодный климат, где температура понижается на длительное время ниже -400С (Арктика, Антарктика, Сибирь, Аляска).
3) Жаркий влажный (тропический) климат охватывает области, в которых в течение от 2 до 12 месяцев в году ежедневно и длительно температура воздуха превышает 200С, причем его относительная влажность выше 80% наблюдается не менее 12 часов в сутки. Для этого климата характерны сильные ливни с выпадением осадков до 100 за 10 минут (Восточная Индия, Бирма, Центральная и Западная Африка).
4) Жаркий сухой климат охватывает области, где наблюдается высокая температура при снижении относительной влажности воздуха до очень низких величин. Ежедневно наблюдаются большие колебания температуры воздуха (пустыни Северной и Центральной Африки, Аравии, Ирана и Центральной Австралии).
В земной атмосфере наблюдались предельные значения температуры и влажности: -870С (Антарктида), +550С (Ливия), 98% влажности при температуре +400С (Восточная Индия, Бирма).
Одним из важных факторов, определяющих характер климатических воздействий, является содержание влаги. Различают увлажнение фазовой и адсорбционной пленкой влаги.
Фазовой называют пленку, которая образуется под действием осадков (дождь, морось, дождь со снегом) и росы.
За температуру начала выпадения росы (росообразования) принимают в зависимости от климатического района Земли одно из трех значений: +80С – холодный район; +40С – умеренный район; 00С – тропический район.
Адсорбционной называют пленку, возникающую при отсутствии осадков и росы и при значительной относительной влажности воздуха (70% и более).
Продолжительность увлажнения поверхности адсорбционной и фазовой пленками влаги зависит от географического расположения пункта эксплуатации устройства, например, от 70 ч/год адсорбционной пленкой и 600 ч/год фазовой в Самарканде до 1870 ч/год адсорбционной пленкой и 2190 ч/год фазовой в Риге.
Состав воздушной среды.
Чистая воздушная среда встречается в местах, удаленных от промышленных районов, морей и океанов, влажных с большой растительностью и т. д. (сельские районы с умеренным климатом, горные районы).
Воздушная среда в промышленных районах в значительной мере загрязнена посторонними примесями: сернистыми и углекислыми газами, аммиаком, дымом, парами нефти, бензина, а также взвешенными частицами угля, сажи, пыли и т.п.
Дисперсность пыли является наиболее существенным свойством. Определяющим ее физико-химическую активность. Пыль способна легко распространяться в пространстве, проникать через неплотные соединения и равномерно, медленно оседать под действием силы тяжести. Количество пылинок размером до 5 мкм составляет 95% от всего количества пылинок, а их вес 7%.
В зависимости от состава пыль можно разделить на минеральную пыль (кварц и полевой шпат), органическая пыль (споры растений, плесневые грибки, бактерии, вирусы, мельчайшие остатки насекомых и растений, частицы волокон и хлопка) и городская пыль (содержит около 50% органических веществ, состоящих из сажи и смол).
Воздушная среда вблизи морей содержит примеси солей, входящих в морскую воду. В ней могут находиться и взвешенные частицы морской воды.
Атмосферное давление вблизи поверхности Земли непрерывно меняется. При тропических циклонах это изменение достигает 25-30 мм рт. ст. за сутки. На уровне моря отмечены минимальное давление 684 мм рт. ст. и максимальное 808 мм рт. ст. с увеличением высоты над уровнем моря давление падает, например, на высоте 5 км давление падает вдвое.
Солнечная радиация оказывает непосредственное воздействие на поверхность элементов конструкции, находящихся на открытом воздухе. Энергия солнечных лучей сосредоточена в основном в области длин волн 0,2-0,5 мкм. На ультрафиолетовую область приходится 9% энергии, на видимую и инфракрасную область – 50%. Энергия солнца, достигающая земной поверхности, колеблется в пределах от 1,3 до 2 кал/см2 в мин в зависимости от поглощающей способности атмосферы.
Биологическая среда оказывает большое влияние на элементы конструкции электронного устройства.
Грибковые образования (или плесень) относятся к низшим растениям, не имеющим фотосинтеза. Вегетативное тело грибков представляет собой войлокообразное сплетение тонких ветвистых нитей диаметром в тысячные доли миллиметра.
Размножение и распространение плесени осуществляется посредством спор с размерами до 10 мкм и легко переносятся в пространстве ветром.
Грибковые образования в процессе жизнедеятельности выделяют продукт обмена вещества – метаболиты. Некоторые из них состоят из различного вида кислот, вызывающих коррозию металлов или разложение изоляционных материалов.
В вегетационный период плесень состоит на 90% из воды и, тем не менее, она обладает сильной гигроскопичностью. Во влажной атмосфере плесень поглощает такое количество воды, что полностью утопает в ней.
Наиболее благоприятными условиями для развития плесени является тропический климат. Считают, что оптимальными условиями для развития всех видов плесени является высокая влажность воздуха (более 85%), температура от 20 до 300С и неподвижность воздуха. Плесень не растет при влажности ниже 75% и отсутствии в питательной субстанции гигроскопических веществ.
Складское помещение с малоподвижным воздухом, сырое и теплое способствует росту плесени.
Термиты относятся к насекомым, наиболее опасным для электронного оборудования, вследствие их прожорливости и неразборчивости в пище. Термиты встречаются в жарких и сухих зонах. Их много в Северной Африке, Индии, Бирме. В бывшем СССР они встречаются в Туркмении, на юго-западе Украины (окрестностях Одессы), в Молдове.