Условия работы электронной техники
Факторы, влияющие на условия работы электронных устройств можно разделить на три группы
Управляемыми факторами называются такие, на которые можно воздействовать в процессе разработки, например:
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:
Различают две среды, окружающие элементы конструкции:
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 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. 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.
Механическая деформация деталей. Очевидно, что изменение температуры дает тем большее приращение размеров тела, чем больше его линейные размеры и коэффициент линейного расширения . 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 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:
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
Для защиты изделий от климатических воздействий предусмотрено девять основных исполнений:
Кроме климатических исполнений различают категории размещения электронной аппаратуры на объекте эксплуатации, например:
В ГОСТ 15150-69 приведены данные по воздействию температур (рабочих и предельных) и влажности в зависимости от климатических воздействий и категории размещения. |
    
 |
