低氣壓對產(chǎn)品性能的影響 電子元器件可靠性測試

一、低氣壓環(huán)境

在地球引力作用下，空氣依附在地球周圍，形成大氣層，大氣層從地面一直向上延伸到數(shù)百公里高空。地球的引力使空氣具有一定重量形成大氣壓力，在某高度上的大氣壓力，是該點(diǎn)以上垂直于地面的單位面積上整個空氣柱的重量。

大氣壓是各向同性的，即在某一點(diǎn)上，不管在哪個方向上測量大氣壓都是相等的。大氣壓力的大小主要取決于海拔高度，隨高度的增加，大氣壓力逐漸降低，大氣逐漸變得稀薄。高度接近于5.5km處，大氣壓力降低到大約海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的一半；接近16km處的大氣壓力為標(biāo)準(zhǔn)海平面值的1/10；在接近31km處的大氣壓力為海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的1/100。

大氣壓力的降低，必然對高海拔地區(qū)使用的電工電子產(chǎn)品產(chǎn)生影響。我國約有50%的地球表面積高于海平面1000m，約有25%的面積高于海平面2000m。壓力梯度越大，壓力改變得越快，元器件損壞的機(jī)會就越多。

二、低氣壓環(huán)境對電子元器件的影響

01對散熱產(chǎn)品影響

低氣壓環(huán)境下的電子元器件可靠性解析

電工電子產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分是散熱產(chǎn)品，如電機(jī)、變壓器等，這些產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能，使其變成熱能，使產(chǎn)品溫度升高。散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加。

散熱產(chǎn)品的熱耗散可以分成3種形式：傳導(dǎo)、對流和輻射。

大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對流，即依靠產(chǎn)品周圍的空氣流動來散熱，對流散熱一般又可分為強(qiáng)迫通風(fēng)散熱和自然對流散熱。自然對流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場，造成產(chǎn)品周圍空氣的溫度梯度，使空氣流動散熱。強(qiáng)迫通風(fēng)散熱是通過強(qiáng)制措施，迫使空氣流過產(chǎn)品，帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。

對強(qiáng)迫對流散熱來說，在體積流不變情況下，隨高度增加，大氣壓將伴隨著空氣密度降低。空氣密度降低將直接影響強(qiáng)迫對流散熱的效果。這是由于強(qiáng)迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱量的。一般電機(jī)用的冷卻風(fēng)扇，是保證流過電機(jī)的體積流量不變，當(dāng)高度增加時，由于空氣密度下降，即使體積流量不變，氣流的質(zhì)量流量將隨之降低。

02對電子元器件性能的影響

高度增加氣壓降低，對電子元器件的性能也會產(chǎn)生影響。特別是以空氣作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備，低氣壓對其影響更為顯著。在正常大氣條件下，空氣是絕好的絕緣介質(zhì)，許多電器產(chǎn)品采用空氣作為絕緣介質(zhì)。當(dāng)這些產(chǎn)品用于高海拔地區(qū)作為械設(shè)備時，由于大氣壓力降低，常常在電場強(qiáng)度較強(qiáng)的電極附近產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。更嚴(yán)重的是有時會發(fā)生空氣間隙擊穿，這意味著設(shè)備的正常工作受到破壞。

三、低氣壓環(huán)境下電子元器件的可靠性控制

01 元器件的合理選用

根據(jù)元器件在電路中的使用特性進(jìn)行設(shè)計(jì)分析并合理選用元器件，是元器件可靠性的基礎(chǔ)。電子元器件的可靠性控制點(diǎn)應(yīng)前移，從源頭抓起，即從設(shè)計(jì)選用、優(yōu)選廠家、壓縮品種、可靠性試驗(yàn)、提高質(zhì)量等級抓起，使那些用代價換來的預(yù)防措施在源頭就發(fā)揮作用，而不能總是處于補(bǔ)救措施狀態(tài)。并且，應(yīng)該從元器件可靠性物理分析角度，系統(tǒng)地進(jìn)行失效信息的收集與分析、失效分析、破壞性物理分析、密封器件內(nèi)部氣氛分析、失效模式及機(jī)理與工藝的相關(guān)性分析、失效模式與影響分析等元器件的質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)等，將元器件質(zhì)量與可靠性分析技術(shù)融入元器件產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程，實(shí)現(xiàn)元器件的可靠性增長。

02 元器件的監(jiān)制、試驗(yàn)和驗(yàn)收

元器件的生產(chǎn)、試驗(yàn)和驗(yàn)收，是保證元器件質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是航天產(chǎn)品元器件可靠性的關(guān)鍵控制點(diǎn)，其過程控制的好壞決定了元器件的固有質(zhì)量。電子元器件按功能劃分，有電子元件、分立器件和微電路等；按采購渠道劃分，有進(jìn)口和國產(chǎn)元器件之分；按產(chǎn)品成熟性劃分，有貨架產(chǎn)品和新品器件。不同元器件有不同的控制要求，在下廠監(jiān)制和驗(yàn)收、到貨檢驗(yàn)時應(yīng)有不同的處理方法和程序。因此，應(yīng)將元器件分門別類地進(jìn)行劃分，規(guī)定各類元器件的監(jiān)制方式、特殊試驗(yàn)要求和驗(yàn)收辦法，并明確相應(yīng)的程序和執(zhí)行單位或部門。

03 破壞性物理分析

元器件DPA（破壞性物理分析）的主要目的是要防止有明顯或潛在缺陷的元器件裝機(jī)使用。除用于元器件的質(zhì)量鑒定外，在航天產(chǎn)品中，還用于元器件的驗(yàn)收、裝機(jī)前元器件的質(zhì)量復(fù)查、元器件超期復(fù)驗(yàn)以及元器件的失效分析。在一般產(chǎn)品上，DPA通常用于已裝機(jī)元器件的質(zhì)量驗(yàn)證。在航天產(chǎn)品上，DPA必須在元器件裝機(jī)以前完成，因此，需明確航天產(chǎn)品用元器件進(jìn)行DPA的時機(jī)、DPA的試驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)施DPA的機(jī)構(gòu)、DPA的數(shù)據(jù)記錄要求和DPA結(jié)果的處理方法。

04 元器件的失效分析方法

元器件失效分析的主要任務(wù)是對失效的元器件進(jìn)行必要的電、物理、化學(xué)的檢測，并結(jié)合元器件失效前后的具體情況及有關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行分析，以確定元器件的失效模式、失效機(jī)理和造成失效的原因。通過失效分析可以發(fā)現(xiàn)失效元器件的固有質(zhì)量問題，也有可能發(fā)現(xiàn)元器件因不按規(guī)定條件使用而失效地使用質(zhì)量問題，通過向有關(guān)方面反饋，促使責(zé)任方采取糾正措施，提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。

相對來說，失效模式的確定比較簡單，而確定失效機(jī)理的難度較大，分析人員必須掌握元器件的設(shè)計(jì)、工藝和有關(guān)的理化知識，并有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。此外，還要具備較復(fù)雜的儀器、設(shè)備。在明確失效機(jī)理后，還必須找出失效原因，才能避免重復(fù)失效，提高元器件的固有質(zhì)量或使用質(zhì)量。但根據(jù)失效機(jī)理確定失效原因，往往涉及失效現(xiàn)場和責(zé)任人等具體情況，確定起來有相當(dāng)大的難度。

因此，首先要確定進(jìn)行失效分析的單位，規(guī)定提交失效分析的程序和失效信息，以及產(chǎn)品研制各階段失效元器件的失效信息記錄要求等，然后，根據(jù)失效分析的結(jié)論，對引起失效的原因進(jìn)行歸零處理。若為設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)和生產(chǎn)廠家一起找出問題所在并進(jìn)行改進(jìn)；若為操作失誤，必須嚴(yán)格操作規(guī)范，避免引入人為的失誤。從而達(dá)到失效分析的目的，使器件制造和生產(chǎn)操作更上一個臺階。

05 元器件質(zhì)量信息的管理

在元器件選用、采購、監(jiān)制和驗(yàn)收、篩選和復(fù)驗(yàn)以及失效分析質(zhì)量保證環(huán)節(jié)中，存在大量的元器件質(zhì)量信息，例如，選用目錄外元器件的規(guī)格、型號、生產(chǎn)廠商、質(zhì)量等級以及在航天產(chǎn)品上的使用情況；國內(nèi)新品器件的研制廠家及新品器件使用情況；進(jìn)口器件的質(zhì)量保證情況；元器件失效分析報(bào)告和處理情況等。

綜上所述，低氣壓會使電子元器件的性能受到很大影響，有時會導(dǎo)致直接損壞。

低氣壓環(huán)境條件對元器件的影響在正常大氣條件下是無法模擬的，必須按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)。為此，一定要加強(qiáng)環(huán)境條件試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就開始考慮環(huán)境變化對產(chǎn)品的影響，增強(qiáng)產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)性，從而提高產(chǎn)品的可靠性。