Влияние климатический факторов на работу электронных устройств

Существует определенная связь между конкретным видом воздействия и ускоряемым с его помощью физико-химическим процессом в конструкции (табл.3.1).

 

Таблица 3.1

Воздействие	Ускоряемый физико-химический деградационный процесс в конструкции
Повышенная температура	1. Изменение электрических характеристик 2. Механическая деформация деталей. 3. Высыхание и пересыхание защитных покрытий с деформацией или растрескиванием. 4. Миграция примесей в полупроводниках.
Пониженная температура	1. Изменение электрических характеристик. 2. Механическая деформация деталей. 3. Конденсация влаги.
Повышенная влажность	1. Химические реакции в растворах в составе пленки адсорбированной влаги. 2. Электролиз 3. Коррозия.
Термоудар	1. Механические напряжения в местах пайки и других неподвижных соединений. 2. Растрескивание металлических и неметаллических покрытий.
Пониженное давление	1. Снижение пробивного напряжения. 2. Ухудшение теплоотдачи. 3. Испарение смазок, лаков, а иногда при повышенной температуре и составляющих твердых полимеров.

Механическая деформация деталей.

Величина температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) металлов находится в пределах 0,9×10^-6 1/град (инвар) до 39×10^-6 1/град (цинк).

Величина ТКЛР изоляционных материалов от 0,5×10^-6 1/град (кварц) до 180×10^-6 1/град (полиэтилен).

Очевидно, что изменение температуры дает тем большее приращение размеров тела, чем больше его линейные размеры и ТКЛР. Стрела прогиба стержня, закрепленного с двух концов, равна примерно величине его удлинения с двух сторон и может составлять относительно большую величину.

Разность в линейных расширениях материалов (или деталей) часто является причиной нарушения герметичности конструкций. Деформации, вызываемые большими перепадами температур, нередко приводят к разрушению паяных швов и, как следствие, к нарушению герметизации (например, при соединении керамических изоляторов с корпусом герметичных конструкций).

Тонкие монтажные провода с большим предварительным натягом при понижении температуры обрываются в большинстве случаев в местах соединения провода обмотки (толщиной меньше 0,15 мм) с жесткими (неподвижными) выводами.

Высыхание и пересыхание защитных покрытий с деформацией и растрескиванием происходит за счет медленно протекающих химических процессов, называемых тепловым старением. Тепловое старение ускоряется при освещении материала ультрафиолетовыми лучами, при воздействии электрического поля, механических нагрузок и т.п.

Влияние влажности на элементы электронных устройств.

Вода в виде дождя или конденсата на поверхности элементов конструкции образует водяные пленки, а при ударе ее капель производит механические действия.

Кроме того, вода, находящаяся в атмосфере, всегда загрязнена активными веществами, вследствие чего она легко вступает в химическую реакцию с различными веществами. В состав воды входят углекислые и сернистые соли кальция, магния, железа, хлористый натрий, органические и неорганические частицы, а также растворенные газы воздуха: азот, кислород и углекислый газ.

В промышленных районах в дождевой воде имеются примеси серной и сернистой кислот. В странах с тропическим климатом содержание азотной кислоты в дождевой воде значительно больше, чем в средних широтах.

Электролиз – совокупность процессов электрохимического окисления-восстановления, происходящих на погруженных в электролит электродах при прохождении электрического тока. При высокой влажности на элементах конструкции ЭУ, находящихся под электрическим потенциалом, возможно взаимодействие раствора (анионов и катионов) с электродами, т.е. элементами конструкции. При этом происходит выделение на электродах вещества или пузырьков газа из раствора. В результате повышается способность к коррозии, резко увеличивается переходное сопротивление в местах электрического контакта, возможно разрушение или значительное ухудшение свойств деталей, выполняющих функцию изоляции.

Коррозия - самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела, при его взаимодействии с внешней средой. Различают атмосферную и контактную коррозию.

Скорость атмосферной коррозии зависит:

- от величины относительной влажности;

- от наличия активных газов и частиц в атмосфере и на поверхности металла;

- от температуры;

Контактная коррозия металлов при некоторых условиях может оказывать значительно больший отрицательный эффект, чем атмосферная. Особенно сильной контактной коррозии подвержены соединения металлов с существенно различными контактными потенциалами. Например, алюминий имеет потенциал – 1,3 В и медь с потенциалом +0,34 В). В процессе контактной коррозии разрушается материал с более отрицательным потенциалом. Сварные соединения, если они недостаточно защищены от влаги, сильно корродируют и разрушаются в местах точек сварки. Большому разрушению подвергаются соединения деталей из литых алюминиевых сплавов со стальными и медными деталями.

 

 

Проникновение коррозии в глубь металла различно

Таблица 3.2

Металл	Свинец	Алюминий	Медь	Олово	Никель	Цинк	Железо
Толщина, мк/год

Из табл. 3.2 видно, что наиболее подвержено коррозии железо. Такие материалы как алюминий и титан образуют на поверхности пленки, которые замедляют процесс коррозии. Коррозионная стойкость технических металлов и сплавов в сравнении с чистыми металлами несколько ниже.

В результате воздействия коррозии ухудшается выполнение возложенных на детали конструкций функций:

- ослабевают крепежные соединения;

- трудно разъединяются винтовые детали;

- увеличивается на 20-30% сопротивление обмоток индуктивностей, объемных контуров и волноводов, имеющих незащищенные поверхности проводов;

- ухудшается внешний вид деталей.

В некоторых случаях применяется также и термин биологическая коррозия, под которым понимается разрушения под действием биофактора (грызунов, термитов, муравьев, грибков плесени). Такой вид разрушений в наибольшей степени проявляется в тропических условиях, хотя может иметь место и в южных районах зоны умеренного климата.

Влияние давления на условия работы электронных устройств.

Влияние давления p на электрическую прочность U_пр воздушного промежутка d иллюстрируется кривой Пашена. Согласно этой кривой при уменьшении давления относительно нормальных условий (т. а) величина пробивного напряжения уменьшается вплоть до т. b, соответствующей глубокому разряжению. Так, например, на высоте 8 км пробивное напряжение между пластинами воздушного конденсатора уменьшается примерно вдвое.

Влияние давления на пробивное напряжение объясняется следующим образом. С уменьшением давления относительно нормального (т. а) длина свободного пробега заряженных частиц в воздушном промежутке увеличивается, а значит и скорость в момент столкновения увеличивается, что приводит к увеличению вероятности ионизации и уменьшению пробивного напряжения. При уменьшении давления левее т. b,вероятность столкновения частиц уменьшается, что приводит к уменьшению вероятности ионизации и увеличению пробивного напряжения.

Снижение давления заметно сказывается на ухудшении конвективного теплообмена, способствует испарению некоторых составляющих смазок, лаков, а иногда при повышенной температуре и составляющих твердых полимеров.