低气压环境下的电子元器件可靠性解析

一、低气压环境

在地球引力作用下，空气依附在地球周围，形成大气层，大气层从地面一直向上延伸到数百公里高空。地球的引力使空气具有一定重量形成大气压力，在某高度上的大气压力，是该点以上垂直于地面的单位面积上整个空气柱的重量。大气压是各向同性的，即在某一点上，不管在哪个方向上测量大气压都是相等的。大气压力的大小主要取决于海拔高度，随高度的增加，大气压力逐渐降低，大气逐渐变得稀薄。高度接近于5.5km处，大气压力降低到大约海平面标准大气压值的一半;接近16km处的大气压力为标准海平面值的1/10;在接近31km处的大气压力为海平面标准大气压值的1/100.大气压力的降低，必然对高海拔地区使用的电工电子产品产生影响。我国约有50%的地球表面积高于海平面1000m,约有25%的面积高于海平面2000m.压力梯度越大，压力改变得越快，元器件损坏的机会就越多。

二、低气压环境对电子元器件的影响

1.对散热产品影响

电工电子产品中有相当一部分是散热产品，如电机、变压器等，这些产品在使用中要消耗一部分电能，使其变成热能，使产品温度升高。散热产品的温升随大气压的降低而增加。表1列出了小型三向异步电动机温升随海拔高度的变化。

由表1可以看出：散热产品的温升随海拔高度的增加(大气压力的降低)而增加。

温升与海拔高度大致成线性关系，如图1所示。其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。

散热产品的热耗散可以分成3种形式：

传导、对流和辐射。大量散热产品的散热主要依靠对流，即依靠产品周围的空气流动来散热，对流散热一般又可分为强迫通风散热和自然对流散热。自然对流散热是依靠产品发热产生的温度场，造成产品周围空气的温度梯度，使空气流动散热。强迫通风散热是通过强制措施，迫使空气流过产品，带走产品产生的热量。对强迫对流散热来说，在体积流不变情况下，随高度增加，大气压将伴随着空气密度降低。空气密度降低将直接影响强迫对流散热的效果。这是由于强迫对流散热是依靠气体的流动带走热量的。一般电机用的冷却风扇，是保证流过电机的体积流量不变，当高度增加时，由于空气密度下降，即使体积流量不变，气流的质量流量将随之降低。

2.对电子元器件性能的影响

高度增加气压降低，对电子元器件的性能也会产生影响。特别是以空气作为绝缘介质的设备，低气压对其影响更为显着。在正常大气条件下，空气是绝好的绝缘介质，许多电器产品采用空气作为绝介质。当这些产品用于高海拔地区作为械设备时，由于大气压力降低，常常在电场强度较强的电极附近产生局部放电现象。更严重的是有时会发生空气间隙击穿，这意味着设备的正常工作受到破坏。

三、低气压环境下电子元器件的可靠性控制

1.元器件的合理选用

根据元器件在电路中的使用特性进行设计分析并合理选用元器件，是元器件可靠性的基础。电子元器件的可靠性控制点应前移，从源头抓起，即从设计选用、优选厂家、压缩品种、可靠性试验、提高质量等级抓起，使那些用代价换来的预防措施在源头就发挥作用，而不能总是处于补救措施状态。并且，应该从元器件可靠性物理分析角度，系统地进行失效信息的收集与分析、失效分析、破坏性物理分析、密封器件内部气氛分析、失效模式及机理与工艺的相关性分析、失效模式与影响分析等元器件的质量与可靠性分析技术等，将元器件质量与可靠性分析技术融入元器件产品设计、制造过程，实现元器件的可靠性增长。

2.元器件的监制、试验和验收

元器件的生产、试验和验收，是保证元器件质量的重要环节，也是航天产品元器件可靠性的关键控制点，其过程控制的好坏决定了元器件的固有质量。电子元器件按功能划分，有电子元件、分立器件和微电路等;按采购渠道划分，有进口和国产元器件之分;按产品成熟性划分，有货架产品和新品器件。不同元器件有不同的控制要求，在下厂监制和验收、到货检验时应有不同的处理方法和程序。因此，应将元器件分门别类地进行划分，规定各类元器件的监制方式、特殊试验要求和验收办法，并明确相应的程序和执行单位或部门。

3.破坏性物理分析

元器件DPA(破坏性物理分析)的主要目的是要防止有明显或潜在缺陷的元器件装机使用。除用于元器件的质量鉴定外，在航天产品中，还用于元器件的验收、装机前元器件的质量复查、元器件超期复验以及元器件的失效分析。在一般产品上，DPA通常用于已装机元器件的质量验证。在航天产品上，DPA必须在元器件装机以前完成，因此，需明确航天产品用元器件进行DPA的时机、DPA的试验项目、实施DPA的机构、DPA的数据记录要求和DPA