環(huán)境因素與電子產(chǎn)品三防性能的“愛恨情仇”

時間：2016-11-30作者：深圳市凱泰電子有限公司瀏覽：105

            
               較容易影響電子設(shè)備的三防性能的環(huán)境因素


  在各類環(huán)境條件下，電子設(shè)備及所用的材料、零部件、元器件都可能發(fā)生腐蝕和其它環(huán)境效應(yīng)，降低設(shè)備的使用可靠性。

  隨著電子設(shè)備向微電子化、高集成化和高密度裝配方向發(fā)展，以及電子線路的高阻抗和放大特性，金屬稍有腐蝕，對整機電氣性能和機械性能等的影響較為明顯。

  金屬腐蝕的直接影響為電導(dǎo)、磁導(dǎo)、電感、電容、電子**、電磁屏蔽等參量的變化。其間接影響如金屬表面氧化、玷污導(dǎo)致電位器出現(xiàn)噪聲、開關(guān)元件接觸不良、引線虛焊。在鋁波導(dǎo)諧振腔內(nèi)，銀鍍層與鋁基體之間容易發(fā)生腐蝕，當(dāng)腐蝕產(chǎn)物的顆粒落入腔體內(nèi)會產(chǎn)生雜亂信號，銀鍍層變色后會引起高頻損耗增大，從而引起其他性能的變化。電子器件對表面腐蝕等形成的噪聲、漂移和各種失效十分敏感。氧化使金屬導(dǎo)電率降低，或接點之間打火。因灰塵吸潮、霉菌生長使導(dǎo)體間導(dǎo)通而引起短路，因吸潮使電極絕緣電阻下降等。

  在許多情況下，環(huán)境因素的單獨效應(yīng)并不明顯、當(dāng)兩個或多個環(huán)境因素同時作用時，其綜合效應(yīng)就顯著得多，例如高濕與生物環(huán)境條件，化學(xué)或機械活性物質(zhì)條件的綜合作用等。環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響程度視具體情況而定，例如在貯存環(huán)境中，產(chǎn)品受包裝或倉庫條件的保護，不會受到淋雨和太陽輻射環(huán)境的影響，隨著貯存時間延長，起作用慢的因素如臭氧和鹽霧會變得比其它因素較為重要。在運輸過程中，機械因素是重要的，慢作用因素不會或幾乎不會有任何影響。在使用過程中，由于產(chǎn)品充分暴露于自然和誘發(fā)環(huán)境中，不僅起作用的因素更多，其嚴酷程度也較高。


  因此，設(shè)計人員和工藝人員應(yīng)了解和掌握各種環(huán)境的特性及其對產(chǎn)品的影響規(guī)律，開展三防設(shè)計，實施工藝防護，不斷提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，滿足裝備的實戰(zhàn)要求。
    影響電子設(shè)備三防性能的主要環(huán)境因素有：


一，溫度


  溫度導(dǎo)致元器件物理損傷、參數(shù)漂移或引起性能下降，可以改變材料性能和幾何尺寸并增加化學(xué)活性?；瘜W(xué)侵蝕、腐蝕及其它有害過程都會因高溫的作用而加快，許多絕緣材料在高溫下會放出**氣體，改變本身的電氣特性，并對鄰近零部件、元器件產(chǎn)生腐蝕作用。具體影響如下：


高溫效應(yīng)


a. 設(shè)備過熱導(dǎo)致電路穩(wěn)定性下降、元器件損壞、著火、低熔點焊錫縫開裂、焊點脫開，縮短設(shè)備壽命。


b. 因熱老化，使橡膠、塑料裂紋和膨脹，絕緣失效。


c. 材料膨脹系數(shù)不一，使不同的零件粘結(jié)。


d. 降低潤滑劑黏度，或潤滑劑外流使連接處喪失潤滑特性。


e. 改變材料的局部或全部尺寸。


f. 引起機械性故障或破壞完整性，包裝、襯墊、密封、軸和軸承變形、粘結(jié)或失效。


g. 變壓器和機電組件過熱。


h. 改變繼電器和磁動/熱動裝置的通斷范圍。


i. 金屬氧化，接點接觸電阻增大，金屬材料表面電阻增大。


  高溫對電子設(shè)備也有有利的一方面，如高溫可以防止冷凝、驅(qū)趕濕氣、保證設(shè)備的可靠性，**40攝氏度的高溫還有抵制或滅殺微生物的作用。

 

低溫效應(yīng)


  低溫幾乎對所有材料都有有害的影響，因物理性能發(fā)生變化，使其功能受到暫時的或*性的損傷，具體影響如下：


a. 材料發(fā)硬發(fā)脆，結(jié)構(gòu)強度減弱，電纜損壞，蠟變硬，橡膠變脆。


b. 溫度瞬變過程因材料或零部件膨脹系數(shù)的差異使零件互相咬死。

c. 潤滑劑黏度增加，流動性降低，減少或散失潤滑特性。

d. 元器件性能變化，如鋁電解電容損壞，石英晶體不震蕩，蓄電池容量降低。

e. 結(jié)構(gòu)失效，增大滑動件的磨損，襯墊、密封墊彈性消失，引起泄露破裂、開裂、脆裂、沖擊強度降低。

f. 減震支架的剛性增加。

g. 受約束的玻璃產(chǎn)生靜疲勞。

h. 水冷凝和結(jié)冰。

i. 穿保護服的操作人員，其靈活性、聽力、視力降低。

溫濕度的并存作用


  溫度和濕度的并存作用往往是影響電子設(shè)備性能、引起腐蝕的主要原因。當(dāng)大氣相對濕度等于或**65%時，在任何溫度下金屬不容易腐蝕；當(dāng)相對濕度大于65%時，即便在潔凈大氣環(huán)境，金屬也會生銹。實驗室實驗結(jié)果表明，鐵的腐蝕臨界濕度為65%，鋅的腐蝕臨界濕度為70%。

  溫度下降，而相對濕度升高，則發(fā)生凝露。例如，在濕熱地區(qū)，夜間溫度較低，導(dǎo)致水汽凝結(jié)，而在溫度，寒冷的夜晚可能引起濕氣結(jié)霜。如25攝氏度、相對濕度50%情況下，當(dāng)溫度急降到10攝氏度時，水汽會凝結(jié)成液態(tài)水，影響甚至破壞設(shè)備電氣性能，或加速金屬和非金屬材料的腐蝕。

 

二，潮濕


  設(shè)備和工程材料腐蝕過程中，水往往是主要的腐蝕物質(zhì)。水是一種電解質(zhì)，而且能溶解大量的離子，從而引起金屬腐蝕；水還可以離解成H+和OH-，PH值的不同對金屬的腐蝕具有明顯的影響；在一定條件下，水還原的氫或氫原子滲入高強度鋼和鈦合金材料內(nèi)，促進材料氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂。


  產(chǎn)品在大氣條件下存放或工作時發(fā)生的大氣腐蝕，實質(zhì)上是水膜下的電化學(xué)腐蝕。因此，無論潮濕是濕氣、蒸汽還是液態(tài)水等形式，它總要侵蝕金屬和非金屬，促進微生物的生成，潮濕是引起電子設(shè)備腐蝕的較主要因素。


  潮濕對電子設(shè)備的環(huán)境效應(yīng)：


a. 金屬氧化或電化學(xué)腐蝕降低機械強度，或因腐蝕或潤滑劑變質(zhì)使活動零部件卡住。


b. **材料吸濕后降低或喪失機械強度，或膨脹而失去形狀穩(wěn)定性。


c. 絕緣材料電性能和熱性能降低，如介電常數(shù)、點火電壓、絕緣電阻，損耗角正切值增加等。


d. 表面**涂層化學(xué)或電化學(xué)破壞。


e. 加速電化學(xué)反應(yīng)。


f. 玻璃或塑料光學(xué)元件的透射能力降低。


g. 提供微生物繁殖條件，對玻璃、金屬、**材料產(chǎn)生侵蝕。


h. 設(shè)備內(nèi)元器件、印制板、連接器等，可因密封破壞形成電泄露路徑、降低介電強度和絕緣，或造成短、斷路。


三，鹽分


  鹽是地球上普遍存在的化學(xué)物之一，大氣中，地面上，江河湖海里都有它的蹤跡。所有的*裝備在它的壽命周期內(nèi)都有可能暴露在某種形式的鹽分環(huán)境中，當(dāng)鹽分與潮濕空氣結(jié)合形成鹽霧時，其中所含的氯離子活性強，對金屬保護膜有穿透作用，加速點蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，影響設(shè)備性能。


  溶解在水中的鹽分是電子設(shè)備加速腐蝕的另一個重要因素，特別是沿海地區(qū)和海洋環(huán)境，海洋含有3.5%~3.9%的鹽，其嚴酷度達到較大值。空氣中含鹽量與離海岸距離成反比。


  在零件加工、部件組裝、整機裝配以及運輸存放過程中，產(chǎn)品都要與人接觸，人的汗水既含鹽分又含尿素、乳酸，均為腐蝕性質(zhì)，也可引起各種腐蝕。


  電子設(shè)備裸露在鹽霧環(huán)境中的效應(yīng)大體可以分為腐蝕效應(yīng)、電效應(yīng)和物理效應(yīng)三類：


1. 腐蝕效應(yīng)
a. 電化學(xué)腐蝕。
b. 加速應(yīng)力腐蝕。


2. 電效應(yīng)
a. 鹽的沉積使電子設(shè)備損壞。
b. 產(chǎn)生導(dǎo)電層。
c. 腐蝕絕緣材料及金屬。


3. 物理效應(yīng)
a. 機械部件及組合件活動部分阻塞或卡死。
b. 由于電解作用導(dǎo)致漆層起泡。

 

四，微生物和動物


  微生物侵蝕一般是指真菌、細菌及霉菌的危害。菌類以水、氧和氫為養(yǎng)料，不僅棉、毛織物和皮革可以作為菌類的養(yǎng)料，合成材料如層壓板、灌封材料、包封樹脂等也可以成為菌類的養(yǎng)料。


  菌類生長改變設(shè)備的物理性能，損害設(shè)備使用功能。微生物的影響包括：

 

1.損害效應(yīng)

  對材料的直接破壞和間接損害：

a.設(shè)備表面在制造、貯存、使用時會沉積汗跡、灰塵等污染物，促進霉菌生長，即使底材是耐霉材料也能引起底層材料的損壞。**材料強度降低、損壞，活動部分受阻塞。霉菌吸附水分導(dǎo)致其它形式的腐蝕，如電化腐蝕。

b.霉菌代謝的**酸能造成金屬腐蝕和氧化，光學(xué)透鏡表面薄膜侵蝕，塑料和其它材料發(fā)暗或剝蝕。

c.生長在易長霉材料上的霉菌與鄰近抗霉材料相接觸造成間接損壞。

2. 物理影響
a.對電氣和電子系統(tǒng)，霉菌的直接或間接破壞作用，能損壞電氣和電子裝置，霉菌跨越絕緣材料表面繁殖生長時破壞或降低絕緣強度，引起短路，影響精密調(diào)節(jié)電路的電氣性能。

b.對光學(xué)裝置的損害主要由間接破壞作用引起，長霉能影響光線通過，阻塞可動部分，使不潮濕的表面變?yōu)槌睗?，表面性能下降?

c.從健康與審美的因素考慮，設(shè)備長霉能引起過敏等健康上的問題，或使人感到不愉快，用戶不樂意使用。

d.破壞密封、引入潮氣。

e.微生物生長形成擴展堆積物，造成保護層破壞、松動、裂縫和起泡。

f.起泡時，下面的微生物堆積，形成半滲透膜，引起金屬表面的縫隙腐蝕。

g.霉菌通過消耗固態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)，破壞金屬表面的電化學(xué)平衡，去除抗蝕的鈍化膜。

3.昆蟲的影響
    在熱帶、濕熱地區(qū)，白蟻、昆蟲等會帶來如下的影響：

a.毀壞結(jié)構(gòu)。

b.破壞絕緣。

c.引起短路。

五， 臭氧和腐蝕氣體

1.臭氧

  臭氧在常溫下為藍色的爆炸性氣體，有特臭，是已知較強氧化劑，具有廣譜殺菌作用、毒性和腐蝕性，可以損壞多種物品，加速絕緣材料的氧化，降低絕緣性能，發(fā)生跳弧、破裂、裂紋、脆化、?；痊F(xiàn)象，機械強度下降，影響功能。

2.工業(yè)廢氣
  

  隨著工業(yè)化的發(fā)展，全世界大氣中含有的有害物質(zhì)總量是十分驚人的。
受工業(yè)廢氣污染，容易形成酸雨，一般農(nóng)村雨水的PH值為6.5，沿海地區(qū)為6.9，工業(yè)區(qū)為4.8，大工業(yè)區(qū)為4.2或4.0。據(jù)報道，1997年廣東省因酸雨造成的直接經(jīng)濟損失**過40億元。在含有工業(yè)廢氣污染的環(huán)境中，雨水、云霧、雪、露、霜和灰塵內(nèi)都帶有較大濃度的腐蝕介質(zhì)，二氧化硫和其它硫酸鹽明顯的加速金屬材料的大氣腐蝕，硫的氧化物，使銀變色發(fā)黑，增加導(dǎo)電接點之間的電阻，甚至引起打火，硝酸鹽可以加速金屬表面腐蝕等。

3.**氣氛腐蝕
  

  設(shè)備、包裝所用的木材、塑料、橡膠、油漆、膠粘劑等非金屬材料在不同的時間內(nèi)，會散發(fā)出微量甲酸、乙酸、醛、酚、氨等揮發(fā)物，引起金屬及鍍層的腐蝕。氣氛腐蝕比一般的大氣腐蝕要嚴重的多，在30攝氏度、相對濕度**條件下，乙酸含量的質(zhì)量分數(shù)大0.05ppm就能大大加速鋅的腐蝕，達到0.05~10ppm時，導(dǎo)致鎂、鋅、鋼嚴重腐蝕，鎳、銅、鋁的輕微腐蝕。在密閉空間內(nèi)，還容易形成腐蝕氣氛源，黑色及有色金屬處于甲醛、甲酸污染的空間內(nèi)，其腐蝕產(chǎn)物是可溶的，腐蝕能夠連續(xù)進行。

六，輻射

1. 太陽輻射
  在地面和低大氣層中使用或無遮蔽貯存的設(shè)備，太陽輻射所產(chǎn)生的效應(yīng)有：

(1)熱效應(yīng)
  太陽光譜的紅外部分可以產(chǎn)生熱效應(yīng)，其熱吸收量或放射量與被照射物體表面的粗糙程度和顏色有關(guān)。除了不同材料之間的膨脹有差異外，太陽輻射強度的變化還可以導(dǎo)致設(shè)備的各個部件以不同的速率膨脹或收縮，引起嚴重的應(yīng)力和降低結(jié)構(gòu)的完整性。太陽輻射的熱效應(yīng)有：

a. 活動機件卡死或松動。

b. 焊接口和膠粘零件強度降低。

c. 強度和彈性發(fā)生變化。

d. 聯(lián)動裝置準(zhǔn)確度下降或失靈。

e. 密封完整性降低。

f. 元器件性能發(fā)生變化。

g. 電接觸過早動作。

h. 色標(biāo)部件褪色。

i. 合成橡膠和聚合物的性能變化。

j. 涂層和其它保護層起泡和脫落。

k. 封裝化合物軟化。

(2)光化學(xué)效應(yīng)
  太陽輻射造成的某些損壞可歸因于光譜的其它成分，尤其是紫外部分。其反應(yīng)速率隨溫度升高而加快。非金屬尤其是**物和合成材料較易受太陽輻射的影響，**和合成橡膠會受到短波長輻射的光化學(xué)作用性能迅速劣化，塑料失去光澤，油漆龜裂、褪色，聚合物的強度和韌性降低等。

2. 核輻射
  核環(huán)境會產(chǎn)生中子、β、γ射線，某些中子及γ射線還會穿透屏蔽物，加速中子會引起*性損壞，二次輻射的中子及γ射線會引起瞬時效應(yīng)。

3. 宇宙射線輻射
  宇宙射線由質(zhì)子及α射線組成，其中90%為質(zhì)子，7%為α射線，1%為電子，另有γ射線等。宇宙射線對材料損壞較輕，但其中的α射線直接輻射對設(shè)備損壞較大。

七，沙塵

 

  干熱地區(qū)空氣中懸浮的沙塵，在其它地區(qū)季節(jié)性的存在，是影響設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的重要因素之一。
  

  塵埃往往在工業(yè)地區(qū)出現(xiàn)，其中包含有大量焦油產(chǎn)物、灰分及煤煙，風(fēng)刮起的干燥粉末狀沙石，也是塵埃的一部分。

  設(shè)備暴露在沙塵和塵埃環(huán)境中引起的問題有：

a. 表面磨蝕，機械卡死，軸承損壞。

b. 滲透入密封結(jié)構(gòu)中，吸附水分，降低材料絕緣性能。

c. 電路劣化，靜電荷增多，產(chǎn)生電噪聲。

d. 活動部件和過濾器阻塞，影響功能，電氣性能變化。

e. 配合部件受到物理性干擾。

f. 高溫下粘土顆粒產(chǎn)生放熱效應(yīng)，放出的熱能引起高溫腐蝕，產(chǎn)生硬的且有腐蝕性的顆粒。

八，壓力

  潛艇使用的電子設(shè)備，除結(jié)構(gòu)件受應(yīng)力腐蝕外，通常沒有特殊的腐蝕問題。但對于航天、航空電子設(shè)備，在非密封艙工作時會出現(xiàn)的問題有：

a. 在較低氣壓下出現(xiàn)絕緣擊穿、跳弧、電弧、電暈放電現(xiàn)象，產(chǎn)生臭氧，電氣設(shè)備工作不穩(wěn)定或故障。

b. 冷卻不良，設(shè)備溫度升高，縮短工作壽命。

c. 高空飛行及返回地面的多次循環(huán)中，氣壓變化可引起密封泄露，產(chǎn)生冷凝，導(dǎo)致腐蝕，電氣性能變化，機械強度下降。

d. 低氣壓下，容器破裂，爆裂膨脹。

e. 真空環(huán)境下，產(chǎn)生**材料分解、蛻變、放氣、蒸發(fā)、冷焊等現(xiàn)象。

九，機械環(huán)境條件

1. 風(fēng)
  風(fēng)引起機械強度下降，結(jié)構(gòu)失效，影響功能或發(fā)生機械堵塞，加速磨損，加強高低溫影響。

2. 振動
  振動引起機械應(yīng)力疲勞，導(dǎo)致晶體管外引線、固體電路的管腳、導(dǎo)線折斷，金屬構(gòu)件斷裂、變形、結(jié)構(gòu)失效，連接器、繼電器、開關(guān)的瞬間斷開，電子插件性能下降，陀螺漂移增大或故障，加速度表精度降低，輸出脈沖數(shù)**過預(yù)定要求，導(dǎo)頭特性和引信裝置的電氣性能下降，粘結(jié)層和鍵合點脫開，電路中產(chǎn)生噪聲或瞬時短斷路。

3. 沖擊
  沖擊應(yīng)力使結(jié)構(gòu)失效，機件斷裂或折斷，電子設(shè)備瞬時短路。


4. 噪聲
  低頻影響與振動相同。
  高頻影響設(shè)備、元件的諧振，電子管、波導(dǎo)管、速調(diào)管、磁控管、壓電元件、繼電器，傳感器活門、開關(guān)、扁平的旋轉(zhuǎn)天線等均受影響，結(jié)構(gòu)可能失效。


5. 加速度
  加速度產(chǎn)生機械應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)變形和破壞，或液壓增加造成漏液。


6. 爆破環(huán)境
  爆破環(huán)境造成嚴重機械應(yīng)力，使設(shè)備破裂或結(jié)構(gòu)破壞。

十，人為的侵蝕環(huán)境

 

  電子設(shè)備在制造、貯存、運輸、維修和使用期間，都有可能受到各種類型的人為侵蝕。

十一，復(fù)合環(huán)境的影響

  各種環(huán)境因素往往綜合的作用于產(chǎn)品，因此對環(huán)境防護也要采取綜合性措施。


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