低氣壓環(huán)境下電子元器件可靠性控制及管理解析

一、低氣壓環(huán)境

在地球引力作用下，空氣依附在地球周?chē)?，形成大氣層，大氣層從地面一直向上延伸到?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(gè)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(gè)方向上測(cè)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(duì)高海拔地區(qū)使用的電工電子產(chǎn)品產(chǎn)生影響。我國(guó)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(huì)就越多。

二、低氣壓環(huán)境對(duì)電子元器件的影響

1.對(duì)散熱產(chǎn)品影響

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。表1列出了小型三向異步電動(dòng)機(jī)溫升隨海拔高度的變化。

由表1可以看出：散熱產(chǎn)品的溫升隨海拔高度的增加(大氣壓力的降低)而增加。

溫升與海拔高度大致成線性關(guān)系，如圖1所示。其斜率取決于本身結(jié)構(gòu)、散熱情況、環(huán)境溫度等因素。

散熱產(chǎn)品的熱耗散可以分成3種形式：

傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對(duì)流，即依靠產(chǎn)品周?chē)目諝饬鲃?dòng)來(lái)散熱，對(duì)流散熱一般又可分為強(qiáng)迫通風(fēng)散熱和自然對(duì)流散熱。自然對(duì)流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場(chǎng)，造成產(chǎn)品周?chē)諝獾臏囟忍荻?，使空氣流?dòng)散熱。強(qiáng)迫通風(fēng)散熱是通過(guò)強(qiáng)制措施，迫使空氣流過(guò)產(chǎn)品，帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。對(duì)強(qiáng)迫對(duì)流散熱來(lái)說(shuō)，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(duì)流散熱的效果。這是由于強(qiáng)迫對(duì)流散熱是依靠氣體的流動(dòng)帶走熱量的。一般電機(jī)用的冷卻風(fēng)扇，是保證流過(guò)電機(jī)的體積流量不變，當(dāng)高度增加時(shí)，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。

2.對(duì)電子元器件性能的影響

高度增加氣壓降低，對(duì)電子元器件的性能也會(huì)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(duì)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(shí)，由于大氣壓力降低，常常在電場(chǎng)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(shí)會(huì)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

1.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(jí)抓起，使那些用代價(jià)換來(lái)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(guò)程，實(shí)現(xiàn)元器件的可靠性增長(zhǎng)。

2.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(guò)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(gòu)渠道劃分，有進(jìn)口和國(guó)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(shí)應(yīng)有不同的處理方法和程序。因此，應(yīng)將元器件分門(mén)別類(lèi)地進(jìn)行劃分，規(guī)定各類(lèi)元器件的監(jiān)制方式