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深度解讀GB/T2421-2020:?jiǎn)我画h(huán)境參數(shù)對(duì)電子元件的主要影響
導(dǎo)語(yǔ):GB/T2421-2020《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)概述和指南》是電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)旨在為評(píng)估各種環(huán)境因素對(duì)電工電子產(chǎn)品的影響提供通用的要求和指導(dǎo)。需要指出的是盡管GB/T2421起初是為電工電子產(chǎn)品制定的,但其標(biāo)明的環(huán)境試驗(yàn)方法同樣適用于其他工業(yè)產(chǎn)品。
環(huán)境條件或者環(huán)境試驗(yàn)包括了產(chǎn)品所承受的自然環(huán)境條件和人工環(huán)境條件,以評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際貯存、運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中的性能。本文將基于GB/T2421-2020,深入探討單一環(huán)境參數(shù)對(duì)電子元件的主要影響。
環(huán)境因素對(duì)電子元件壽命的影響及重要性占比
常見(jiàn)的環(huán)境應(yīng)力主要包括高低溫試驗(yàn)箱">溫度、恒溫恒濕試驗(yàn)箱">濕度、沙塵、鹽霧、陽(yáng)光輻射、氣壓等。不同的環(huán)境應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品失效的影響是不一樣的,可以通過(guò)下圖看下環(huán)境應(yīng)力與失效的比例關(guān)系。
1.溫度:溫度是影響電子元件壽命的關(guān)鍵因素之一。過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)加速電子元件的老化過(guò)程,導(dǎo)致性能下降甚至失效。在環(huán)境試驗(yàn)中,溫度的重要性占比通常較高。
2.濕度:濕度對(duì)電子元件的影響主要體現(xiàn)在吸濕和腐蝕方面。高濕度環(huán)境會(huì)加速電子元件的吸濕過(guò)程,導(dǎo)致電性能下降和機(jī)械部件生銹。濕度的重要性占比也相對(duì)較高。
3.振動(dòng)和沖擊:振動(dòng)和沖擊會(huì)導(dǎo)致電子元件的機(jī)械損傷和接觸不良,影響其穩(wěn)定性和可靠性。在運(yùn)輸和使用過(guò)程中,振動(dòng)和沖擊是常見(jiàn)的應(yīng)力類型,其重要性占比不容忽視。
4.氣壓和輻射:氣壓變化和輻射對(duì)電子元件的影響相對(duì)較小,但在特定應(yīng)用場(chǎng)景下仍需考慮。
單一環(huán)境參數(shù)對(duì)電子元件的主要影響及典型失效結(jié)果
試驗(yàn)參數(shù) | 主要影響 | 典型失效結(jié)果 |
高溫 | 熱老化:氧化、開(kāi)裂和化學(xué)反應(yīng);軟化;融化;升華;黏度降低;蒸發(fā);膨脹 | 絕緣失效,機(jī)械故障,機(jī)械應(yīng)力增加,由于膨脹或潤(rùn)滑劑性能損失導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件的磨損增加 |
低溫 | 脆化;結(jié)冰;黏度增大和固化;機(jī)械強(qiáng)度的降低;物理性收縮 | 絕緣失效,開(kāi)裂,機(jī)械故障,由于收縮或潤(rùn)滑劑性能損失導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件的磨損增加,密封和密封片的失效 |
高相對(duì)濕度 | 潮氣吸收或吸附;膨脹;機(jī)械強(qiáng)度降低;化學(xué)反應(yīng);腐蝕;電蝕;絕緣體的導(dǎo)電率增加 | 物理性損壞,絕緣失效,機(jī)械故障 |
低相對(duì)濕度 | 干燥;脆化;機(jī)械強(qiáng)度降低;收縮;動(dòng)觸點(diǎn)間的磨損增大 | 機(jī)械故障,開(kāi)裂 |
高氣壓 | 壓縮變形 | 機(jī)械故障,泄漏(密封損壞) |
低氣壓 | 膨脹;空氣的電氣強(qiáng)度降低;電暈和臭氧的形成;冷卻速度降低 | 機(jī)械故障,泄漏(密封失效),閃絡(luò),過(guò)熱 |
太陽(yáng)輻射 | 化學(xué)物理和光化學(xué)的反應(yīng);表面劣化;脆化;變色產(chǎn)生臭氧;加熱;不均勻加熱和機(jī)械應(yīng)力 | 絕緣損壞,參見(jiàn)“高溫” |
沙塵 | 磨損和侵蝕;卡住和阻塞;導(dǎo)熱性減低;靜電效應(yīng) | 磨損增加,電氣故障,機(jī)械故障,過(guò)熱 |
腐蝕氣體 | 化學(xué)反應(yīng);腐蝕和電蝕;表面劣化;電導(dǎo)率增加; | 磨損增加,機(jī)械故障,電氣故障 |
風(fēng) | 施力;疲勞;材料沉積;阻塞;沖蝕;誘導(dǎo)振動(dòng) | 結(jié)構(gòu)倒塌,機(jī)械故障,參見(jiàn)“沙塵”和“腐蝕氣體” |
雨 | 吸水率;溫度沖擊;沖蝕和腐蝕 | 電氣故障,開(kāi)裂,泄漏,表面劣化 |
冰雹 | 沖蝕;溫度沖擊;機(jī)械形變 | 結(jié)構(gòu)倒塌,表面損傷 |
降雪或結(jié)冰 | 機(jī)械負(fù)荷;吸水率;溫度沖擊 | 結(jié)構(gòu)倒塌,參見(jiàn)“雨” |
快速溫度變化 | 溫度沖擊;局部加熱 | 機(jī)械故障,開(kāi)裂,密封失效,泄漏 |
臭氧 | 快速氧化;催化(特別是橡膠);空氣的電氣強(qiáng)度降低 | 電氣故障;機(jī)械故障,細(xì)裂紋,開(kāi)裂 |
穩(wěn)態(tài)加速度;振動(dòng);碰撞或沖擊 | 機(jī)械應(yīng)力;疲勞;共振 | 機(jī)械故障,運(yùn)動(dòng)部件磨損增加,結(jié)構(gòu)倒塌 |
結(jié)語(yǔ)
GB/T2421-2020為電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)提供了專業(yè)的指導(dǎo)和規(guī)范。通過(guò)深入了解單一環(huán)境參數(shù)對(duì)電子元件的主要影響及其典型失效結(jié)果,我們可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。在未來(lái)的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中,我們應(yīng)充分考慮環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)品的影響,采取有效措施提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力,從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
