L'effet de la température et de l'humidité sur la fiabilité des composants électroniques

Introduction
Les composants électroniques sont l'épine dorsale de la technologie contemporaine, et de nombreux domaines différents dépendent de leur fiabilité et de leur efficacité. Les composants électroniques sont sensibles à température et humidité, deux conditions environnementales qui peuvent raccourcir leur durée de vie et compromettre leurs performances.

Dans cet article, nous examinerons comment les changements de température et d'humidité peuvent affecter les performances, la longévité et fonctionnement des composants électriques. Les performances et la longévité des systèmes électroniques peuvent être garanties si les fabricants ont une meilleure compréhension du lien entre température et humidité et de la fiabilité des composants électroniques.

L'impact de la température sur la fiabilité des composants électroniques
Les composants électroniques sont sensibles aux changements de température, ce qui peut réduire leur longévité et leur efficacité. Examinons de plus près comment la température affecte le fonctionnement de divers composants électriques :

Dilatation et contraction thermiques : les fluctuations de température qui se produisent pendant le fonctionnement mettent les composants électroniques en danger de dilatation et de contraction thermiques. Il est possible qu'une contrainte cyclique provoque une fatigue mécanique, ce qui peut alors conduire à la prise de ces joints, à la rupture des liaisons filaires et au délaminage. Lorsque ces processus sont accélérés par la chaleur, il y a une plus grande probabilité que des composants individuels tombent en panne.

Performances électriques : la température peut entraîner des variations dans une grande variété de propriétés électriques des composants électroniques, y compris la résistance, la capacité et l'inductance, pour n'en nommer que quelques-unes. Lorsque les composants sont exposés à des températures supérieures ou inférieures à leur plage de fonctionnement normal, il est possible que certaines de leurs caractéristiques électriques varient. Pour cette raison, le signal peut être déformé et le composant en cause peut potentiellement complètement tomber en panne.

Dégradation des matériaux : les composants électroniques sont sensibles aux processus de dégradation des matériaux accélérés par la température. L'isolation, les caractéristiques diélectriques et la conductivité électrique peuvent toutes souffrir des températures élevées en raison de la diffusion des impuretés, des réactions chimiques et des modifications physiques des matériaux. Des performances réduites, une consommation d'énergie plus élevée et une défaillance précoce sont autant de résultats possibles.

Gestion thermique : La fiabilité des composants électroniques peut être gravement affectée par une mauvaise gestion de la chaleur. Des points chauds localisés, des contraintes thermiques et des écarts de température plus importants peuvent tous résulter d'une accumulation systémique de chaleur excessive. Les circuits intégrés (CI) et l'électronique de puissance sont deux exemples d'appareils qui pourraient être affectés négativement par cela. Le maintien de la fiabilité des composants nécessite l'utilisation de dissipateurs thermiques, de matériaux d'interface thermique et d'un débit d'air suffisant dans le cadre d'une stratégie de gestion thermique complète.

Le rôle de l'humidité dans la fiabilité des composants électroniques
Comme pour la température, l'humidité est un élément environnemental majeur qui peut compromettre la fonctionnalité et la durabilité des composants électroniques. L'impact de l'humidité sur les composants électriques est quelque chose que nous devrions étudier :

Absorption d'humidité : L'infiltration d'humidité peut provoquer de la corrosion, des fuites électriques et une détérioration des matériaux dans de nombreux composants électroniques. Des dommages, des courts-circuits et des qualités d'isolation réduites peuvent être causés par la pénétration d'humidité dans les matériaux d'emballage, les cartes de circuits imprimés (PCB) et d'autres surfaces des composants. Les dispositifs à montage en surface (SMD) et les boîtiers BGA (ball grid array) sont deux exemples d'électronique sensible à l'humidité qui en bénéficient grandement.

Fuite électrique et conductivité : les contaminants à la surface des composants électroniques peuvent améliorer leur conductivité électrique si le niveau d'humidité est élevé. Cela peut provoquer des interférences de signal, des courts-circuits et des courants de fuite. les applications à tension importante ou les endroits avec des quantités importantes de polluants atmosphériques sont particulièrement vulnérables aux problèmes de conductivité induite par l'humidité. LISUN dispose d'une grande variété de chambres humides.

Compatibilité et dégradation des matériaux : La présence d'humidité dans l'air peut entraîner des problèmes pour le fonctionnement efficace des composants électriques car elle empêche les matériaux de se connecter efficacement les uns aux autres. Lorsque des adhésifs ou des revêtements sensibles à l'humidité sont soumis à des niveaux élevés d'humidité, par exemple, un délaminage ou une réduction de la force d'adhérence peut avoir lieu. La croissance de moisissures n'est qu'un des nombreux processus de dégradation des matériaux qui peuvent être accélérés par une humidité excessive. D'autres processus incluent la corrosion des connexions métalliques et la dégradation des polymères. En conséquence directe de ces problèmes, la fiabilité et les performances du composant peuvent être compromises.

Cyclage de la température et de l'humidité : Il a été démontré que le cyclage à différents niveaux de température et d'humidité a des effets additifs sur la fiabilité des composants électroniques. La combinaison du cycle de température (qui provoque l'expansion et la contraction) et du cycle d'humidité (qui provoque l'absorption et la perte d'humidité) peut accélérer les processus de détérioration. De ce fait, les composants peuvent se détériorer avec le temps en raison de contraintes thermiques, de la fatigue des matériaux et de la formation de fractures ou de vides microscopiques.

Stratégies d'atténuation et tests
Garantir la fiabilité des composants électroniques malgré les changements de température et humidité, les fabricants soumettent leurs produits à une batterie complète de tests qui utilisent un large éventail d'approches. Jetons un coup d'œil à certaines des approches les plus courantes :

Sélection des composants : Il est de la plus haute importance de choisir les composants électriques avec un soin extrême en fonction de leurs exigences de température et d'humidité. Lors du choix des composants, il est important de prendre en considération les plages de température et d'humidité prévues. Des composants avec des niveaux de tolérance plus élevés et une meilleure résistance à l'humidité peuvent être souhaitables pour les applications qui fonctionnent dans des environnements plus difficiles. En effet, ces caractéristiques permettent au composant de résister à de plus grandes quantités d'usure.

Encapsulation et emballage : afin d'empêcher l'humidité de pénétrer à l'intérieur, les composants électroniques sont encapsulés et emballés selon des procédures fiables. Cela empêche l'humidité d'entrer dans les composants. Les défaillances causées par l'humidité peuvent être évitées en utilisant des matériaux et des procédures résistant à l'humidité, tels que le scellement hermétique, le revêtement conforme et l'encapsulation. Ces méthodes sont parmi d'autres. Ces mesures de sécurité garantissent que les composants continueront à fonctionner correctement et de manière fiable aussi longtemps que possible.

Tests environnementaux : afin de déterminer dans quelle mesure et de manière fiable un composant électronique fonctionnera dans une large gamme de températures et de niveaux d'humidité, il doit subir des tests environnementaux approfondis. Ces tests évaluent la résistance d'un composant à température et humidité oscille en simulant des conditions de fonctionnement réelles. Les fabricants peuvent améliorer les conceptions et corriger les risques en utilisant les résultats des tests de résistance accélérés, qui aident à détecter d'éventuelles lacunes.

Gestion thermique : Pour maintenir les températures sous contrôle et réduire les contraintes thermiques sur les composants électroniques, des méthodes de gestion thermique sont nécessaires. Une conductivité thermique élevée dans les matériaux d'interface thermique et des systèmes de refroidissement efficaces sont essentiels. La gestion thermique améliore la fiabilité et la longévité des composants en les maintenant à des températures de fonctionnement sûres.

Contrôle de l'humidité et prévention de l'humidité : Il est possible de réduire l'apparition de problèmes causés par l'humidité lors de la production, de l'assemblage et du stockage des composants en utilisant des techniques de contrôle de l'humidité, telles que des capteurs d'humidité, des packs de dessicant ou des paramètres de stockage à humidité contrôlée. Le maintien de la fiabilité des composants et la prévention de la détérioration des performances due à l'absorption d'humidité peuvent être obtenus grâce à l'utilisation de mesures d'évitement de l'humidité.

Analyse des défaillances et tests de fiabilité : lorsqu'un composant tombe en panne, les experts appliquent des méthodes d'analyse des défaillances pour déterminer pourquoi. L'examen microscopique des pièces défectueuses, la caractérisation des matériaux et l'élimination des variables environnementales (comme la chaleur ou l'humidité excessive) font partie de ce processus. Des mécanismes de défaillance potentiels peuvent être identifiés et les performances des composants dans le temps peuvent être évaluées à l'aide de tests de fiabilité, tels que des tests de vieillissement accéléré.

Conclusion
Les composants électroniques sont très vulnérables aux changements de température et d'humidité. Les fabricants ne peuvent garantir la robustesse, la fonctionnalité et la durée de vie des systèmes électroniques sans d'abord comprendre l'impact de ces conditions environnementales.

Les fabricants peuvent concevoir et créer des composants électroniques qui peuvent résister aux difficultés offertes par les conditions environnementales changeantes en prenant température et humidité en tenant compte des contraintes, en utilisant des mesures d'atténuation appropriées et en entreprenant des tests approfondis.

Les dangers associés à la température et à l'humidité peuvent être réduits par une sélection minutieuse des composants, l'encapsulation, la gestion thermique et le contrôle de l'humidité. Il est crucial pour les fabricants de donner la priorité à l'évaluation de la fiabilité des composants électroniques sous des variations de température et d'humidité pour finalement fournir des produits qui répondent aux attentes des industries et des consommateurs à mesure que la technologie continue de progresser et que des composants électroniques de plus en plus fiables sont nécessaires.

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