环境因素对产品的影响温度应力Word格式文档下载.docx

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环境参数：

描述环境因素应力水平及其变化状态的参量。

2.1高温影响以及防护

高温对材料的影响很多，主要是使材料性能恶化，造成元器件失效、设备故障失效。

这些可以是热力效应、电磁效应、辐射效应，化学动力学效应作用的结果。

其机理是，随着温度增加，电子、原子、分子运动速度加快，激发出上述效应。

高温的主要影响以及诱发的典型故障：

主要影响

诱发的典型故障

绝缘物质失效

热老化

电性能改变、击穿、接触不良

氧化

结构损坏

结构变化

结构损坏、增加机械应力

软化、熔化和升华

变形、卡死、爆裂

物理膨胀

电气元件热诱发失效模式：

元件

失效模式

风扇

漏电、润滑剂恶化

陶瓷电容器

电介质常数和电抗变化，高温下绝缘电阻降低；

不适合作精度要求高的场合

电介质

电介质漏电增加，寿命缩短；

电流汇漏增加，电抗大大改变

电容器

串连电阻增加

云母电容器

增加绝缘电阻，铝离子迁移，漂移

纸制电容器

电阻改变，绝缘电阻下降，功率因数提高

铝电解电容

温度升高寿命减小

钽电容器

电介质泄漏，电抗改变，绝缘电阻、串连电阻改变

线圈

变形、熔化、不稳定、介电性能改变

标准的连接器

破裂、介质损坏

级间的连接器

二极管

击穿电压改变，电流泄漏增加，漏电增加，断电

钎焊接头

失去强度

电位器

噪声增加，力矩、线性和电阻改变，高温下绝缘电阻降低

电阻器

电阻增加，断电、漏电

开关

触点氧化

热敏电阻

断电、漏电增加

变压器

电介质性能降低，断电，漏电，热点异常

半导体

泄漏电流增加，增益改变、漏电增加，断电

晶体管

电压不变时温度升高基极电流增加，导致增加集电极电流，工作点飘移

继电器

温度高时驱动电压高

高温防护措施：

a）选用耐高温的元器件；

b）加强散热、通风措施；

c）降额使用发热元器件；

d）找出过热点，采取均热措施；

e）在过热点局部强制散热；

f）利用热管效应，将发热件置于易散热的位置；

g）将设备壳体作为发热件的散热器

2.2低温影响以及防护措施：

低温的影响与高温相反，由于电子、原子、分子运动速度减小，导致物质收缩、流动性降低、凝结变硬。

低温的主要影响:

失效机理

润滑性能损失

增加粘度和固化

电性能改变

结冰

损失机械强度，裂纹、断裂

脆化

物理收缩

低温防护措施:

影响

防护措施

收缩不均

谨慎的选用材料

在活动零件之间留有合适的间隙

表面采用比热大的材料

材料性能和部件可靠新退化

谨慎选择具有良好低温性能的材料和部件

低温的保护措施：

a）选用耐低温的元器件；

b）选用低温下不发生冷脆的材料制造结构件；

c）设计与加工时注意采用无应力集中的结构和工艺；

d）加装加温防寒电路

2.3温度冲击的影响以及防护：

温度冲击造成的影响：

当环境温度突然变化时，由于物质热容量的影响，设备与环境要进行能量交换，交换方式只能有辐射、对流、传导三种。

由于一台设备由多个零部件、各种材料构成，各部分的吸热、导热、散热能力不同，设备各零部件之间，同一零件的各部分间形成温差。

其热胀、冷缩的程度不同，形成强大的内应力，从而产生温度冲击效应。

内应力过大、扩大原有缺陷失效

结构件变形破裂

膨胀收缩不同

活动部件卡死

粘合件剥离

电工填充物龟裂

粘结

焊缝、焊点脱落

紧固件松动

密封件漏气、漏液

芯片及分离元件性能变劣

交变热应力造成电、磁特性变化

电路失效

触点、电刷变形

继电器、电位计接触不良

传感器性能变化失效

交变热应力加剧能量释放与获取过程

老化加剧

温度冲击的防护措施：

a）尽可能采用密封结构；

b）设备的壳体应有足够的热容量；

c）尽可能采用膨胀系数相同的材料；

d）采用热的良导体作为结构件；

e）活动件之间留用足够的膨胀间隙；

f）避免虚焊的发生

2温度应力对公司产品的影响

1.电源模块高温纹波噪声增大

路由器1603/4的第一版调试后，其以太网口在常温下工作正常。

但在进行高温试验的过程中，以太网口出现丢包。

重新上电，配置，以太网口依然如故，有丢包现象。

以太网口是所有路由器都涉及到的一个端口。

低端路由器包括1603/4均采用68160作为以太网处理芯片。

68160对电源的纹波比较敏感。

对68160芯片的电源管脚用示波器进行跟踪测试，同时对68160进行局部加热，可以明显的看到68160电源的纹波超出了芯片的要求。

实际上，高温情况下测量整个单板的5V电源纹波均比较大，但由于只有68160对纹波敏感，从而引起以太网口丢包。

后经更换板内DC-DC（从输入9V到5V）变换，问题得到解决。

2.电源模块热保护

SBS128X高温55℃，通过光路测试VC4业务，发现有随即B3误码产生。

B3误码产生原因是由于线路板和交叉板之间总线数据传输错误引起的，检查总线上的接口时序关系，时序良好，测试总线接口芯片（SS61S16）上拉电阻1.5V电源，发现在高温情况下电源有瞬间跌落现象，断定这是引起B3误码的原因。

更换总线接口器件的电源供给模块，1.5V电源瞬间跌落现象消失，B3误码问题解决。

在高温环境下，电源模块由于其本身的过热保护，在进行设计时要考虑单板的功耗。

3.电源功耗考虑不周，导致输出为0

在OptiXOSN3500产品环境实验过程中，高温55度情况下，SSN1EGT2单板配置交叉环回业务会出现严重丢包，有时甚至业务完全终断，回到常温状态单板掉电一段时间，然后重新上电可以恢复正常。

首先，在高温环境重现问题，待现象出现后用Zmud对单板下各级环回，如下图：

从光口侧进行1、5、6、8环回，发现1、5环回通，6、8环回不通。

由于5和6环回之间有虚级联RAM的接口，所以初步判断是PM5397与RAM之间的接口引起的问题。

初步设想是由于温度升高后引起接口时序的变化而产生的问题。

试着采用调整FPGA送给PM5397的时钟的时序，但发现这样是徒劳。

后注意到此电源芯片为3.3V转1.5V电源，而1.5V电源就是专门供PM5397与RAM之间的接口用的IO电源。

发现此电源实测电流确实大于该电源芯片的额定工作电流，常温下就已经不处于正常工作状态。

又找来电吹风，对工作状态的单板进行局部加热，实验结果，常温下1.5V电压很正常，但只要电吹风打到最大档，对准1.5V电源芯片吹上几秒钟，就可以马上看到电压降低，如果再继续几秒钟，电源会没有输出，即为0V。

所以，通过这种现象，基本上可以断定是由于此电源芯片设计不合理导致的高温丢包问题。

最后，更换1.5V电源芯片TPS7101QD，用额定电流更大的MIC29302代替，再次进入环境实验室进行高温55度验证，一切正常，高温不会丢包。

单板的PM5397芯片与RAM的接口总线上应用了大量的上下拉100Ω电阻，我们在当初计算功耗的时候并没有考虑到这些电阻的静态功耗。

总共54组上下拉电阻，产生的功耗为（1.5*1.5/200）*54＝0.6075W，那么增加的电流就有0.6075/1.5＝0.405A。

而单板采用的电源芯片最大额定电流就只有500mA，这样上下拉电阻的静态功耗加上芯片的功耗就超过了芯片的承受能力，实测电流达到628mA。

从而导致了单板高温丢包。

4.直流电源模块低温自激问题

低温实验时，用单音测试QC81BRCM单板的发射增益，在输出信号两边有对称的单音杂散，该杂散具有如下特点：

在输出信号两边对称，与输出信号频率间隔±

400KHZ左右，其绝对幅度大小与温度有关，大致是在低温-15℃时相对于载频信号为-60dBc左右，温度越低杂散越大，温度升高杂散降低，当温度升高到0℃时，杂散基本淹没在底噪中。

问题的原因是给某放大器供电的DC-DC电源产生自激引起的，电源模块LP2951ACMM自激引起的杂散调制到放大器上，在该放大器输出端即可测到杂散。

LP2951ACMM的资料上说明该芯片的输出电容C7001有要求，对此容值的选取与负载工作电流有关，电流大此值应相应变大，电流小此值应相应变小，如电流小选过大的容值也会引起不稳定。

同时对此电容的ESR和谐振频率有要求，要求此电容的ESR<

5欧（具体值与负载电流有关，在36mA负载电流下该电容ESR引起的不稳定值基本为10欧以上），谐振频率>

500kHz。

低温时杂散重现可能是因为:

（1）低温下放大器U702增益变大，从而工作电流增大，需要更大的输出电容。

（2）输出电容温度特性差，低温下输出电容的容值变小。

（3）输出电容在低温下ESR变大。

前两种情况都需要增大输出电容的容值，加大容值容易，如何在增加容值的同时进一步减小电容的ESR？

采用电容并联的方法，可解决该问题。

用两个4.7uF的电容并联作为输出电容，既增加了输出电容的容值，又可减小总输出电容的ESR。

后经测试验证，顺利通过试验。

5.电阻匹配不妥，造成信号回沟

单板A在做环境实验时发现低温启动不成功，单板处于反复复位状态，查看告警信息，为FPGA逻辑初始化失败，即加载不上。

实验室也能重现可排除是芯片在低温下有问题的可能性，测试时序可以发现裕量充分，细测FPGA加载的几个信号特别是时钟信号，发现沿上有回勾，这样的回勾，对于XC2S300E来说，足以引起误判，特别是在低温条件下。

分析实际情况，单板A上有两块FPGA芯片FPGA0和FPGA1，两者成链后由CPU加载，共用时钟信号FPGA_CLK，由于CPU在单板右上角而FPGA芯片在单板左下角，走线很长，始端加了33欧匹配电阻；

而为支持两个逻辑芯片的单独调试，时钟信号在送到FPGA0芯片侧时通过两个0欧的分叉电阻分开，分别送往FPGA0和FPGA1；

另外为方便调试每个FPGA芯片都可单独支持电缆加载，电缆连接器是由从串加载和JTAG调试共用的，放在在单板的右下角，分别通过一个0欧电阻选用，如下图所示：

这样子导致整个走线非常长特别是分叉很长，从CPU发出的FPGA_CCLK信号在FPGA0芯片接收之前同时接收到了到从FPGA1上反射回来的信号，导致回勾。

形成这种情况的根本原因是因为反射，所以要解决这一问题就是减小反射，方法为：

将FPGA_CCLK信号和FPGA0、FPGA1相连的分叉电阻由0欧改到51欧，同时将CPU送过来信号的始端匹配电阻由33欧改为0欧，这样可以使反射回来的信号基本衰减完，不致于在沿上形成回勾。

但同时由于线上串阻太大而导致时钟电平偏低，高电平仅有2.8V，经过和xilinx技术支持确认，作为TTL电平，XC2S300E和XC2S100E接收2.8V的高电平没有问题。

6.时序紧张

SBS128X高温55℃，通过光路测试SS61S16VC4业务，发现有随机误码产生。

误码产生固定为对应的几条总线，更换SS61S16，仍为该几条总线存在误码，经测试，发现交叉板内从SD535到16923之间，这几条总线数据信号反射严重，造成数据