1958年,美國對2000件導彈和飛機上使用的電子設備,通過環境試驗,進行故障統計分析發現:
濕度引起的故障為
24.75%
沖擊、振動引起的故障為
12.65%
溫度引起的故障為
9.75%
其它
10.35%
1971年美國對機載電子設備工作中的故障原因剖析如下:
由溫度引起的故障占
22.2%
由振動引起的故障占
11.38%
由潮濕引起的故障占
10%
由沙塵引起的故障占
4.16%
由鹽霧引起的故障占
12.65%
由高度引起的故障占
1.94%
由沖擊引起的故障占
1.94%
由其它原因(如使用不當,不按規程操作) 占 1.11%
其中溫度、振動、濕度三項環境造成電子設備43.58%的故障率。
1986年,美國F/A-18大黃蜂飛機失效中,有關環境引起失效所占的比例為:
溫度
40%
振動
27%
潮濕
19%
沙塵
19%
鹽霧
4%
高度
2%
沖擊
2%
由自然環境引起的失效占71%,有力學環境引起的失效占29%。
從三次統計中,可以看出,美國在五十年代末,由于電子設備多采用分立元件、晶體管,封裝不好,抗振能力差,設備體積大,而散熱比較理想。因此潮濕引起的故障是第一位的,沖擊、振動引起的故障是第二位的,溫度引起的故障是第三位的。
六十年代末,美國電子設備多采用大規模集成電路,設備體積縮小,其抗振能力有了提高,封裝質量也相應提高,而散熱問題突出出來。因此,溫度引起的故障占第一位,振動引起的故障占第二位,濕度引起的故障占第三位。
到了八十年代,美國電子設備多采用超大規模集成電路設備更加小型化,而設備的散熱問題也就更加突出。因此溫度引起的故障仍占第一位,振動占第二位,濕度占第三位。
美國人注意到溫度、振動、濕度三因素是造成電子設備故障的主要環境,占故障率的86%,因此,在八十年代相應提出了ESS和CERT。ESS主要考慮高、低溫循環和隨機振動。通過ESS可激發電子產品的多種故障,并找出造成故障的制造、工藝因素,改進工藝,使之提高成品率。CERT0是高、低溫循環、濕度、隨機振動、通電聯合作用,通電也是激化溫度應力。CERT是找出設計上的缺陷,改進設計從而提高設備的可靠性。ESS和CERT,工藝和設計雙管齊下,從而在源頭上提高電子設備的可靠性,抓住了主要矛盾,可靠性有了保證。
目前我國電子設備的水平,正處在美國七十年代到八十年代的水平,由分立元件向集成電路、超大規模集成電路過渡,電子設備小型化,日趨完善。因此,溫度、振動、濕度使威脅產品可靠性的主要環境,并且要把溫度環境視作為首要的引起電子產品故障的原因。熱分析、熱設計成為電子設備的首要任務。
熱設計
電子設備的熱設計技術是針對熱量的傳播方式,研究各種控制熱量的辦法,以達到減少溫升、保證電子設備可靠性為目的,熱設計的關鍵是控制設備內部的溫升。
一般設備
<+75oC
電 源
<+75oC
發 射 機
<+75oC
大功率管殼
<+75oC
控制和降低設備內部溫升辦法
- 提高元器件、材料的允許工作溫度,選用耐熱性和熱穩定性好的元器件和材料。
- 盡量選用小功率的能源和小功率的執行元件。在電路設計時,應當減少發熱元件的數量。
- 元器件的引線(腿)要盡量短、粗。
- 對熱敏感的元器件應遠離發熱元件,發熱量大的元器件應盡量靠近機殼和框架。
- 在印制板上應加設散熱網絡。可下降10oC,失效率下降一半。
- 利用儀器外殼與彈體有關部件接觸,增加散熱面。
儀器殼體的熱設計原則是達到最佳的對流、傳導和輻射,最大限度地把熱散發出去。
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