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環境設計必須掌握的知識點
環境適應性是產品重要質量特性之一。產品耐環境能力(或環境適應性)優劣主要取決于其選用的材料、構件、元器件、零部件等耐環境的能力和結構設計、工藝設計時采取的耐環境措施是否完整、有效。耐環境設計是在產品設計過程中，研究或考慮環境因素對產品可靠性及性能的影響，從而采取相應的對策，減少或緩減環境因素對產品的影響。
環境是指任一時刻和任一地點產生或遇到的自然環境因素(如溫度、濕度等)和誘發環境因素(如振動和沖擊等)的綜合體，是影響產品在運輸、儲存和使用中可靠性的重要因素，是進行產品可靠性設計和耐環境設計的基本依據。
環境因素包括自然環境因素和誘發環境因素，其分類和組成見表1。
表 1 環境因素分類及其組成
類型 | 類別 | 因素 |
自然環 境因素 | 地表 | 地貌、土壤、水文、植被 |
氣候 | 溫度、濕度、壓力、太陽輻射、雨、固體沉降物、霧、風、鹽霧、臭氧 | |
生物 | 生物有機物、微生物有機體 | |
誘發環 境因素 | 氣載的 | 砂塵、污染物 |
機械的 | 振動、沖擊、加速度 | |
能量的 | 聲、電磁輻射 |
產品貯存、運輸及使用條件下，各種環境因素及其重要性如表2所示。
表2 各種環境及其重要性
階段 | 環境因素 | |||||||||||
地表 | 溫度 | 濕度 | 壓力 | 太陽輻射 | 淋雨 | 固體沉降物 | 霧 | 風 | 鹽霧 | 臭氧 | ||
貯存 | O | A | A | C | O | O | O | O | O | C | C | |
運輸 | 公路 | A | B | B | O | C | B | B | B | C | O | O |
鐵路 | A | B | B | O | C | B | B | B | C | O | O | |
船舶 | O | C | B | O | C | C | O | B | C | B | O | |
飛機 | O | B | O | C | O | C | C | A | B | O | O | |
使用 | 寒區 | A | A | A | O | B | A | A | B | B | C | O |
濕熱 | A | A | A | C | B | A | O | O | B | B | O | |
干熱 | A | A | O | O | A | O | O | O | B | B | O | |
適中 | A | A | A | C | B | A | B | B | B | B | C | |
室內 | O | B | B | O | O | O | O | O | O | O | O | |
存放 | O | A | A | O | B | B | B | O | C | B | C | |
注：A：最重要;B：重要;C：不重要;O：一般不會遇到此環境
表 2 各種環境及其重要性(續)
階段 | 環境因素 | ||||||||||
生物 | 微生物 | 大氣污染物 | 砂塵 | 振動 | 沖擊 | 加速度 | 噪聲 | 電磁輻射 | 核輻射 | ||
貯存 | B | B | C | C | C | B | O | O | O | O | |
運輸 | 公路 | O | O | O | C | A | A | C | O | O | O |
鐵路 | O | O | O | C | A | A | C | O | O | O | |
船舶 | C | O | O | O | B | C | C | O | O | O | |
飛機 | O | O | O | C | B | B | B | O | O | O | |
使用 | 寒區 | C | O | C | C | B | B | O | C | B | C |
濕熱 | C | A | O | O | B | B | O | C | B | C | |
干熱 | O | O | O | A | B | B | O | C | B | C | |
適中 | C | B | C | B | B | B | O | C | B | C | |
室內 | C | C | B | B | C | O | O | O | B | C | |
存放 | B | B | C | C | O | C | O | O | C | C | |
注：A：最重要;B：重要;C：不重要;O：一般不會遇到此環境
元器件典型應用環境一般為振動、沖擊、溫度、濕度和鹽霧等，其對元器件的單一影響如表3所示。實際上影響元器件性能和可靠性的環境因素可能是幾種因素的組合，而組合因素對元器件的影響更為復雜。
表3典型環境下元器件失效模式
元器件 | 振動 | 沖擊 | 溫度 | 濕度 | 鹽霧 |
半導體器件 | 斷路；功率衰變 | 斷路；密封破壞 | 漏電增大；增益改變；短路和斷路增加 | 漏電增大；電流增益減少 | 漏電增大；電流增益減小；引線和殼體腐蝕 |
電阻器 | 引線斷裂；破裂 | 破裂；斷開 | 電阻增大；斷路；短路 | 電阻增大；斷路；短路 | 電阻改變；斷路；短路 |
熱敏電阻器 | 引線斷裂；殼體破裂；斷路 | 引線斷裂；殼體破裂；斷路 | 斷路和短路增加 | 電阻變化 | 引線腐蝕電阻變化 |
電位器 | 噪聲增大；扭矩改變；電刷跳躍；斷路 | 噪聲增大；扭矩和線性改變；斷路 | 噪聲增大；扭矩和線性改變；斷路 | 噪聲增大；扭矩和線性改變；絕緣電阻減小 | 絕緣電阻減小；腐蝕加劇；粘結 |
陶瓷電容器 | 導線斷線增多；壓電效應；殼體和密封破裂 | 導線斷線增多；壓電效應；殼體和密封破裂 | 介電常數和電容改變；絕緣電阻隨溫度升高而降低 | - | 腐蝕；短路 |
云母電容器 | 導線斷裂 | 導線斷裂 | 絕緣電阻增大；銀離子移動；漂移 | 銀離子移動 | 短路 |
紙質電容器 | 斷路和短路增加；導線斷裂 | 斷路；介質擊穿增加；短路；導線斷裂 | 電容改變；油絕緣紙破裂；絕緣電阻減少；功率因數增加 | 絕緣電阻減少；功率因數增加 | 短路 |
鉭電容器 | 斷路；短路；電流聚增；導線斷裂 | 斷路；導線斷裂 | 電介質泄露；電容變化；絕緣電阻減少；串聯電阻變化 | 絕緣電阻減少；介質擊穿增加；短路增加 | 腐蝕 |
變壓器 | 斷路；短路 | 斷路；短路；功率輸出變化 | 絕緣降低；斷路；短路；熱點畸變 | 腐蝕；長霉；斷路；短路 | 腐蝕；斷路；短路 |
繼電器 | 斷路；短路 | 觸點斷開或閉合 | 斷路或短路；絕緣電阻隨溫度增高變小 | 絕緣電阻減小 | 引線腐蝕 |
電連接器 | 插頭和插座分離；插件破裂；觸點斷開 | 觸點斷開 | 跳火；電介質破壞 | 短路；霉菌；觸點腐蝕；絕緣電阻降低 | 腐蝕 |
開關 | 觸點抖動 | 觸點斷開 | 觸點氧化 | 觸點燒壞；擊穿 | 氧化和腐蝕觸點燒壞 |
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