El efecto de la temperatura y la humedad en la confiabilidad de los componentes electrónicos

Introducción
Los componentes electrónicos son la columna vertebral de la tecnología contemporánea, y muchos campos diferentes dependen de su confiabilidad y eficiencia. Los componentes electrónicos son sensibles a temperatura y humedad, dos condiciones ambientales que pueden acortar su vida útil y comprometer su desempeño.

En este artículo, examinaremos cómo los cambios de temperatura y humedad pueden afectar el rendimiento, la longevidad y funcionamiento de componentes electricos. El rendimiento y la longevidad de los sistemas electrónicos pueden garantizarse si los fabricantes comprenden mejor la conexión entre la temperatura y la humedad y la confiabilidad de los componentes electrónicos.

El impacto de la temperatura en la confiabilidad de los componentes electrónicos
Los componentes electrónicos son sensibles a los cambios de temperatura, lo que puede reducir su longevidad y eficiencia. Echemos un vistazo más de cerca a cómo la temperatura afecta el funcionamiento de varias partes eléctricas:

Expansión y contracción térmica: Las fluctuaciones de temperatura que se producen durante el funcionamiento ponen a los componentes electrónicos en peligro de expansión y contracción térmica. Es posible que la tensión cíclica provoque fatiga mecánica, lo que puede conducir a que se rompan las uniones, se rompan las uniones de los cables y se produzca la delaminación. Cuando estos procesos son acelerados por el calor, existe una mayor probabilidad de que los componentes individuales fallen.

Rendimiento eléctrico: la temperatura puede provocar variaciones en una amplia variedad de propiedades eléctricas de los componentes electrónicos, incluidas la resistencia, la capacitancia y la inductancia, por nombrar solo algunas. Cuando los componentes se exponen a temperaturas que están por encima o por debajo de su rango de funcionamiento normal, es posible que algunas de sus características eléctricas puedan variar. Debido a esto, la señal puede distorsionarse y el componente en cuestión puede fallar por completo.

Degradación de materiales: los componentes electrónicos son susceptibles a procesos de descomposición de materiales acelerados por la temperatura. El aislamiento, las características dieléctricas y la conductividad eléctrica pueden sufrir como resultado de las altas temperaturas debido a la difusión de impurezas, reacciones químicas y cambios físicos en los materiales. Rendimiento reducido, mayor consumo de energía y fallas prematuras son todos los resultados posibles.

Gestión térmica: la fiabilidad de los componentes electrónicos puede verse gravemente afectada por una gestión térmica inadecuada. Los puntos calientes localizados, el estrés térmico y los mayores diferenciales de temperatura pueden resultar de una acumulación sistémica de exceso de calor. Los circuitos integrados (CI) y la electrónica de potencia son dos ejemplos de dispositivos que podrían verse afectados negativamente por esto. Mantener la confiabilidad de los componentes requiere el uso de disipadores de calor, materiales de interfaz térmica y suficiente flujo de aire como parte de una estrategia integral de gestión térmica.

El papel de la humedad en la confiabilidad de los componentes electrónicos
Al igual que con la temperatura, la humedad es un elemento ambiental importante que puede comprometer la funcionalidad y la durabilidad de las piezas electrónicas. El impacto de la humedad en los componentes eléctricos es algo que debemos investigar:

Absorción de humedad: La infiltración de humedad puede provocar corrosión, fugas eléctricas y deterioro del material en muchos componentes electrónicos. Los materiales de embalaje, las placas de circuitos impresos (PCB) y otras superficies de los componentes pueden causar daños, cortocircuitos y calidades aislantes disminuidas. Los dispositivos de montaje en superficie (SMD) y los paquetes de matriz de rejilla esférica (BGA) son dos ejemplos de dispositivos electrónicos sensibles a la humedad que se benefician enormemente de esto.

Fugas eléctricas y conductividad: Los contaminantes en la superficie de los componentes electrónicos pueden mejorar su conductividad eléctrica si el nivel de humedad es alto. Esto puede causar interferencias en la señal, cortocircuitos y corrientes de fuga. las aplicaciones de voltaje significativo o los lugares con cantidades significativas de contaminantes transportados por el aire son particularmente vulnerables a los problemas de conductividad inducida por la humedad. LISUN dispone de una amplia variedad de cámaras de humedad.

Compatibilidad y degradación de los materiales: la presencia de humedad en el aire puede causar problemas para el funcionamiento eficiente de los componentes eléctricos porque impide que los materiales se conecten entre sí de manera efectiva. Cuando los adhesivos o revestimientos sensibles a la humedad se someten a altos niveles de humedad, por ejemplo, puede tener lugar una deslaminación o una reducción de la fuerza de adhesión. El crecimiento de moho es solo uno de los muchos procesos de degradación de materiales que pueden acelerarse por una humedad excesiva. Otros procesos incluyen la corrosión de conexiones metálicas y la descomposición de polímeros. Como consecuencia directa de estos problemas, la confiabilidad y el rendimiento del componente pueden verse comprometidos.

Ciclos de temperatura y humedad: Se ha demostrado que los ciclos a diferentes niveles de temperatura y humedad tienen impactos adicionales en la confiabilidad de los componentes electrónicos. La combinación de ciclos de temperatura (que provoca expansión y contracción) y ciclos de humedad (que provoca absorción y pérdida de humedad) puede acelerar los procesos de deterioro. Debido a esto, los componentes pueden deteriorarse con el tiempo como resultado del estrés térmico, la fatiga del material y la formación de huecos o fracturas microscópicas.

Pruebas y estrategias de mitigación
Para garantizar la fiabilidad de los componentes electrónicos a pesar de los cambios en temperatura y humedad, los fabricantes someten sus productos a una batería completa de pruebas que utilizan una amplia gama de enfoques. Echemos un vistazo a algunos de los enfoques más comunes:

Selección de componentes: Es de suma importancia elegir los componentes eléctricos con sumo cuidado de acuerdo con sus requisitos de temperatura y humedad. Al elegir los componentes, es importante tener en cuenta los rangos de temperatura y humedad que se prevén. Los componentes con niveles de tolerancia más altos y mayor resistencia a la humedad pueden ser deseables para aplicaciones que se ejecutan en entornos más rigurosos. Esto se debe a que estas características permiten que el componente soporte mayores cantidades de desgaste.

Encapsulación y embalaje: para evitar que entre humedad en el interior, los componentes electrónicos se encapsulan y embalan utilizando procedimientos fiables. Esto mantiene la humedad fuera de los componentes. Las fallas causadas por la humedad pueden evitarse mediante el uso de materiales y procedimientos resistentes a la humedad, como el sellado hermético, el revestimiento de conformación y la encapsulación. Estos métodos son, entre otros. Estas medidas de seguridad garantizan que los componentes seguirán funcionando correctamente y de forma fiable durante el mayor tiempo posible.

Pruebas ambientales: para determinar qué tan bien y confiablemente funcionará un componente electrónico en una amplia gama de temperaturas y niveles de humedad, debe someterse a pruebas ambientales exhaustivas. Estas pruebas evalúan la resistencia de un componente a temperatura y humedad oscilaciones mediante la simulación de condiciones de funcionamiento del mundo real. Los fabricantes pueden mejorar los diseños y corregir los riesgos mediante el uso de los resultados de las pruebas de estrés aceleradas, que ayudan a detectar posibles deficiencias.

Gestión térmica: para mantener las temperaturas bajo control y reducir el estrés térmico en los componentes electrónicos, se necesitan métodos de gestión térmica. La alta conductividad térmica en los materiales de interfaz térmica y los sistemas de enfriamiento efectivos son esenciales. La gestión térmica mejora la confiabilidad y la longevidad de los componentes al mantenerlos dentro de temperaturas de funcionamiento seguras.

Control de la humedad y prevención de la humedad: es posible reducir la aparición de problemas causados ​​por la humedad durante la producción, el ensamblaje y el almacenamiento de componentes mediante el uso de técnicas de control de la humedad, como sensores de humedad, paquetes desecantes o configuraciones de almacenamiento con control de humedad. Se puede lograr mantener la confiabilidad de los componentes y evitar el deterioro del rendimiento debido a la absorción de humedad con el uso de medidas para evitar la humedad.

Análisis de fallas y pruebas de confiabilidad: cuando falla un componente, los expertos aplican métodos de análisis de fallas para descubrir por qué. El examen microscópico de las piezas defectuosas, la caracterización del material y la eliminación de las variables ambientales (como el calor o la humedad excesivos) forman parte de este proceso. Se pueden identificar posibles mecanismos de falla y se puede evaluar el rendimiento de los componentes a lo largo del tiempo con el uso de pruebas de confiabilidad, como las pruebas de envejecimiento acelerado.

Conclusión
Los componentes electrónicos son muy vulnerables a los cambios de temperatura y humedad. Los fabricantes no pueden garantizar la solidez, la funcionalidad y la vida útil de los sistemas electrónicos sin comprender primero el impacto de estas condiciones ambientales.

Los fabricantes pueden diseñar y crear componentes electrónicos que puedan resistir las dificultades que ofrecen las condiciones ambientales cambiantes tomando temperatura y humedad en cuenta las limitaciones, utilizando medidas de mitigación adecuadas y realizando pruebas exhaustivas.

Los peligros asociados con la temperatura y la humedad pueden reducirse mediante una cuidadosa selección de componentes, encapsulación, gestión térmica y control de la humedad. Es fundamental que los fabricantes prioricen la evaluación de la confiabilidad de los componentes electrónicos bajo variaciones de temperatura y humedad para, en última instancia, entregar productos que cumplan con las expectativas de las industrias y los consumidores a medida que la tecnología continúa avanzando y se requieren más y más dispositivos electrónicos confiables.

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