تأثير درجة الحرارة والرطوبة على موثوقية المكونات الإلكترونية

المُقدّمة
المكونات الإلكترونية هي العمود الفقري للتكنولوجيا المعاصرة ، وتعتمد العديد من المجالات المختلفة على موثوقيتها وكفاءتها. المكونات الإلكترونية حساسة ل درجة الحرارة والرطوبة، شرطان بيئيان قد يقصران من عمرهما ويضران بأدائهما.

في هذه المقالة ، سوف ندرس كيف يمكن للتغيرات في درجة الحرارة والرطوبة أن تؤثر على الأداء وطول العمر و عمل المكونات الكهربائية. يمكن ضمان أداء الأنظمة الإلكترونية وطول عمرها إذا كان لدى المصنّعين فهم أفضل للعلاقة بين درجة الحرارة والرطوبة وموثوقية المكونات الإلكترونية.

تأثير درجة الحرارة على موثوقية المكونات الإلكترونية
المكونات الإلكترونية حساسة للتغيرات في درجات الحرارة ، مما قد يقلل من طول عمرها وكفاءتها. دعنا نلقي نظرة فاحصة على كيفية تأثير درجة الحرارة على تشغيل الأجزاء الكهربائية المختلفة:

التمدد والانكماش الحراري: تقلبات درجات الحرارة التي تحدث أثناء التشغيل تعرض المكونات الإلكترونية لخطر التمدد والانكماش الحراري. من الممكن أن يتسبب الإجهاد الدوري في إجهاد ميكانيكي ، والذي قد يؤدي بعد ذلك إلى أخذ هذه المفاصل ، وروابط الأسلاك المكسورة ، والتفكيك. عندما يتم تسريع هذه العمليات بالحرارة ، هناك احتمال أكبر لفشل المكونات الفردية.

الأداء الكهربائي: قد تسبب درجة الحرارة اختلافات في مجموعة متنوعة من الخصائص الكهربائية للمكونات الإلكترونية ، بما في ذلك المقاومة والسعة والتحريض ، على سبيل المثال لا الحصر. عندما تتعرض المكونات لدرجات حرارة أعلى أو أقل من نطاق عملها الطبيعي ، فمن الممكن أن تختلف بعض خصائصها الكهربائية. لهذا السبب ، قد تتشوه الإشارة ، ومن المحتمل أن يتعطل المكون المعني تمامًا.

تدهور المواد: المكونات الإلكترونية عرضة لعمليات تفكيك المواد المتسارعة بدرجة الحرارة. قد يعاني كل من العزل وخصائص العزل والتوصيل الكهربائي نتيجة لارتفاع درجات الحرارة بسبب انتشار الشوائب والتفاعلات الكيميائية والتغيرات الفيزيائية في المواد. يعد الأداء المنخفض ، وزيادة استهلاك الطاقة ، والفشل المبكر كلها نتائج محتملة.

الإدارة الحرارية: قد تتأثر موثوقية المكونات الإلكترونية بشدة من خلال الإدارة غير السليمة للحرارة. قد تنتج النقاط الساخنة الموضعية والإجهاد الحراري والتفاوتات الأكبر في درجات الحرارة عن التراكم الجهازي للحرارة الزائدة. الدوائر المتكاملة (ICs) وإلكترونيات الطاقة مثالان على الأجهزة التي قد تتأثر سلبًا بهذا. يتطلب الحفاظ على موثوقية المكونات استخدام المشتتات الحرارية ، ومواد الواجهة الحرارية ، وتدفق هواء كافٍ كجزء من استراتيجية إدارة حرارية شاملة.

دور الرطوبة في موثوقية المكونات الإلكترونية
كما هو الحال مع درجة الحرارة ، تعد الرطوبة عنصرًا بيئيًا رئيسيًا قد يضر بوظائف ومتانة الأجزاء الإلكترونية. يجب أن نتحرى عن تأثير الرطوبة على المكونات الكهربائية:

امتصاص الرطوبة: قد يؤدي تسرب الرطوبة إلى التآكل والتسرب الكهربائي وتدهور المواد في العديد من المكونات الإلكترونية. قد يكون التلف ، والدوائر القصيرة ، وانخفاض جودة العزل ناتجًا عن مواد التغليف التي تخترق الرطوبة ، ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ، والأسطح الأخرى للمكونات. تعد الأجهزة المثبتة على السطح (SMDs) وحزم مجموعة الشبكة الكروية (BGA) مثالين للإلكترونيات الحساسة للرطوبة التي تستفيد بشكل كبير من ذلك.

التسرب الكهربائي والموصلية: قد تؤدي الملوثات الموجودة على سطح المكونات الإلكترونية إلى تحسين توصيلها الكهربائي إذا كان مستوى الرطوبة مرتفعًا. قد يتسبب ذلك في حدوث تداخل في الإشارة وقصر الدائرة وتيارات تسرب. تطبيقات الجهد الكبير أو الأماكن التي تحتوي على كميات كبيرة من الملوثات المحمولة جواً معرضة بشكل خاص لمشاكل التوصيل الناتج عن الرطوبة. LISUN لديها مجموعة متنوعة من غرف الرطوبة.

توافق المواد وتدهورها: قد يتسبب وجود الرطوبة في الهواء في حدوث مشاكل في التشغيل الفعال للمكونات الكهربائية لأنه يمنع المواد من الاتصال الفعال مع بعضها البعض. عندما تتعرض المواد اللاصقة أو الطلاءات الحساسة للرطوبة لمستويات عالية من الرطوبة ، على سبيل المثال ، قد يحدث تشويه أو انخفاض في قوة الالتصاق. إن نمو العفن ليس سوى واحد من العديد من عمليات تحلل المواد التي قد تتسارع بسبب الرطوبة الزائدة. تشمل العمليات الأخرى تآكل الوصلات المعدنية وانهيار البوليمرات. وكنتيجة مباشرة لهذه المشكلات ، قد تتعرض اعتمادية المكون وأدائه للخطر.

ركوب الدراجات في درجات الحرارة والرطوبة: ثبت أن ركوب الدراجات في درجات حرارة ومستويات رطوبة مختلفة له تأثيرات إضافية على موثوقية المكونات الإلكترونية. قد يؤدي الجمع بين دورة درجة الحرارة (التي تسبب التمدد والانكماش) ​​ودورة الرطوبة (التي تسبب الامتصاص وفقدان الرطوبة) إلى تسريع عمليات التدهور. لهذا السبب ، قد تتدهور المكونات بمرور الوقت نتيجة الإجهاد الحراري وتعب المواد وتشكيل كسور أو فراغات مجهرية.

استراتيجيات التخفيف والاختبار
لضمان موثوقية المكونات الإلكترونية على الرغم من التحولات في درجة الحرارة والرطوبة، يضع المصنعون منتجاتهم من خلال مجموعة شاملة من الاختبارات التي تستخدم مجموعة واسعة من الأساليب. دعنا نلقي نظرة على بعض الأساليب الأكثر شيوعًا:

اختيار المكونات: من الأهمية بمكان اختيار المكونات الكهربائية بعناية فائقة بما يتماشى مع متطلبات درجة الحرارة والرطوبة. عند اختيار المكونات ، من المهم مراعاة نطاقات درجة الحرارة والرطوبة المتوقعة. قد تكون المكونات ذات مستويات تحمل أعلى ومقاومة محسنة للرطوبة مطلوبة للتطبيقات التي تعمل في إعدادات أكثر قسوة. وذلك لأن هذه الخصائص تسمح للمكون بتحمل كميات أكبر من البلى.

التغليف والتعبئة والتغليف: من أجل منع دخول الرطوبة إلى الداخل ، يتم تغليف المكونات الإلكترونية وتعبئتها باستخدام إجراءات موثوقة. هذا يبقي الرطوبة خارج المكونات. يمكن منع حالات الفشل التي تسببها الرطوبة باستخدام مواد وإجراءات مقاومة للرطوبة ، مثل السداد المحكم والطلاء المطابق والتغليف. هذه الأساليب من بين أمور أخرى. تضمن إجراءات السلامة هذه أن المكونات ستستمر في العمل بشكل صحيح وموثوق لأطول فترة ممكنة.

الاختبار البيئي: من أجل تحديد مدى جودة وموثوقية عمل مكون إلكتروني في نطاق واسع من درجات الحرارة ومستويات الرطوبة ، يجب أن يخضع لاختبارات بيئية مكثفة. تقيم هذه الاختبارات مرونة المكون تجاه درجة الحرارة والرطوبة يتأرجح عن طريق محاكاة ظروف التشغيل في العالم الحقيقي. يمكن للمصنعين تحسين التصميمات وإصلاح المخاطر باستخدام نتائج اختبار الإجهاد المعجل ، والذي يساعد في اكتشاف أوجه القصور المحتملة.

الإدارة الحرارية: للحفاظ على درجات الحرارة تحت السيطرة وتقليل الضغط الحراري على المكونات الإلكترونية ، فإن طرق الإدارة الحرارية ضرورية. تعتبر الموصلية الحرارية العالية في مواد الواجهة الحرارية وأنظمة التبريد الفعالة ضرورية. تعمل الإدارة الحرارية على تحسين موثوقية المكونات وطول عمرها من خلال إبقائها ضمن درجات حرارة تشغيل آمنة.

التحكم في الرطوبة ومنع الرطوبة: من الممكن تقليل حدوث المشكلات التي تسببها الرطوبة أثناء إنتاج المكونات وتجميعها وتخزينها باستخدام تقنيات التحكم في الرطوبة ، مثل مستشعرات الرطوبة أو عبوات المجففات أو إعدادات التخزين التي يتم التحكم في الرطوبة بها. يمكن الحفاظ على اعتمادية المكونات وتجنب تدهور الأداء بسبب امتصاص الرطوبة باستخدام تدابير تجنب الرطوبة.

تحليل الفشل واختبار الموثوقية: عند فشل أحد المكونات ، يطبق الخبراء طرق تحليل الفشل لمعرفة السبب. يعد الفحص المجهري للأجزاء المعيبة ، وتوصيف المواد ، والقضاء على المتغيرات البيئية (مثل الحرارة الزائدة أو الرطوبة) جزءًا من هذه العملية. يمكن تحديد آليات الفشل المحتملة ويمكن تقييم أداء المكونات بمرور الوقت باستخدام اختبار الموثوقية ، مثل اختبارات التقادم السريع.

وفي الختام
المكونات الإلكترونية معرضة بشدة للتغيرات في درجات الحرارة والرطوبة. لا يمكن للمصنعين ضمان متانة الأنظمة الإلكترونية ووظائفها وعمرها دون فهم تأثير هذه الظروف البيئية أولاً.

يمكن للمصنعين تصميم وإنشاء مكونات إلكترونية يمكنها مقاومة الصعوبات التي تقدمها الظروف البيئية المتغيرة عن طريق أخذها درجة الحرارة والرطوبة القيود في الاعتبار ، واستخدام تدابير التخفيف المناسبة ، وإجراء اختبار شامل.

يمكن تقليل الأخطار المرتبطة بدرجة الحرارة والرطوبة من خلال الاختيار الدقيق للمكونات والتغليف والإدارة الحرارية والتحكم في الرطوبة. من الأهمية بمكان للمصنعين إعطاء الأولوية لتقييم موثوقية المكونات الإلكترونية في ظل تغيرات درجات الحرارة والرطوبة لتقديم المنتجات التي تلبي توقعات الصناعات والمستهلكين على حد سواء في نهاية المطاف حيث تستمر التكنولوجيا في التقدم وتتطلب المزيد والمزيد من الإلكترونيات الموثوقة.

Lisun تم العثور على Instruments Limited بواسطة LISUN GROUP في 2003. LISUN تم اعتماد نظام الجودة بشكل صارم من قبل ISO9001: 2015. كعضو في CIE ، LISUN تم تصميم المنتجات بناءً على CIE و IEC ومعايير دولية أو وطنية أخرى. حصلت جميع المنتجات على شهادة CE ومصادق عليها من قبل مختبر الطرف الثالث.

نحن المنتجات الرئيسية هي مقياس المنظار, دمج المجال, الطيف, مولد عرام, ESD محاكي البنادق, استقبال EMI, معدات اختبار EMC, اختبار السلامة الكهربائية, غرفة البيئة, غرفة درجة الحرارة, غرفة المناخ, الغرفة الحرارية, تجربة بخاخ الملح, غرفة اختبار الغبار, اختبار للماء, اختبار RoHS (EDXRF), اختبار توهج الأسلاك و  اختبار لهب الإبرة.

لا تتردد في الاتصال بنا إذا كنت بحاجة إلى أي دعم.
قسم التكنولوجيا: Service@Lisungroup.com، Cell / WhatsApp: +8615317907381
قسم المبيعات: Sales@Lisungroup.com، Cell / WhatsApp: +8618117273997

العلامات:GDJS-015B