海拔高度對(duì)電子產(chǎn)品性能的影響及要求

高低溫濕熱低氣壓試驗(yàn)箱主要規(guī)格和技術(shù)參數(shù)：

電子產(chǎn)品主要組成模組包括CPU、RAM、ROM、時(shí)鐘、AC/DC電源、PCB、外圍電路器件電容/電阻/電感、結(jié)構(gòu)件。海拔高度發(fā)生變化，溫度、濕度、空氣密度、大氣壓強(qiáng)也隨之變化，那么海拔的變化對(duì)電子產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響呢？

查看下述兩個(gè)表數(shù)據(jù)，海拔每升高1km，相對(duì)大氣壓力約降低12%，空氣密度約降低10%，絕對(duì)濕度隨之降低，Zui高溫度降低5 ℃，平均溫度降低5 ℃。那我們可以從大氣壓強(qiáng)、濕度、溫度三個(gè)維度評(píng)估海拔升高對(duì)電子產(chǎn)品工作狀態(tài)、抗擾度、生命周期等要素的影響。

1、環(huán)溫下降對(duì)機(jī)器啟動(dòng)的影響

溫度過低可能致使機(jī)器不能啟動(dòng)。原因是低溫影響自由電子數(shù)量及電子運(yùn)動(dòng)速率，進(jìn)一步導(dǎo)致部分器件無法正常工作。故在實(shí)際應(yīng)用中元器件按照操作溫度分軍規(guī)（-55℃~+85℃）、工規(guī)（-25℃~+70℃）、商規(guī)（0℃~+60℃）三類。器件啟動(dòng)異常的臨界溫度點(diǎn)可以稱為極限溫度，一般低于或高于操作臨界值。

因?yàn)镻NP、NPN等是元器件（芯片）的基本組成元素，故我們以升溫對(duì)三極管電流影響曲線圖為例分析，可明確溫度升高會(huì)使自由電子數(shù)量增加且運(yùn)動(dòng)速率加快，電流增大。溫度降低則反之，則當(dāng)自由電子數(shù)量無法滿足器件開始工作臨界條件時(shí)，機(jī)器無法啟動(dòng)。

2、空氣密度下降對(duì)產(chǎn)品散熱性能影響

熱量傳遞有三種方式：熱輻射、熱傳導(dǎo)、對(duì)流傳熱。對(duì)于計(jì)算機(jī)類產(chǎn)品，三種散熱方式一般都會(huì)交疊使用，如：

1）熱輻射：機(jī)箱或器件作為熱源向空氣輻射電磁波，向空氣傳遞熱量，器件輻射的熱量開始階段依舊存在于機(jī)箱內(nèi)；

2）熱傳導(dǎo)：散熱片/散熱器被動(dòng)散熱，器件表面熱量通過接觸面?zhèn)鲗?dǎo)給散熱器，散熱器熱輻射到空氣中；

3）熱對(duì)流：自然風(fēng)流或風(fēng)扇主導(dǎo)的強(qiáng)制空氣對(duì)流，機(jī)箱內(nèi)熱量通過空氣對(duì)流傳遞到機(jī)箱外空氣中；

我們可發(fā)現(xiàn)無論是熱輻射還是熱傳導(dǎo)，如果熱量是傳遞到機(jī)箱內(nèi)空氣中，最終需要通過熱對(duì)流傳遞到空氣外，而熱對(duì)流需要空氣介質(zhì)，就像真空中熱量只能通過熱輻射傳遞（月球有熱源時(shí)最高溫127℃，無熱源Zui低溫-183℃），空氣密度下降將導(dǎo)致同功耗情況下，對(duì)產(chǎn)品散熱效率要求更高，繼而對(duì)散熱設(shè)計(jì)提出新要求。

假如CPU的溫度在海平面的溫度為68.3度，環(huán)境溫度為35度， 可以推導(dǎo)出在海拔1500m的溫度為（68.3-35）x(1+0.00009x1500)+35=72.8度。

3、空氣密度下降對(duì)產(chǎn)品絕緣性能影響

絕緣測(cè)試有介質(zhì)強(qiáng)度（AC/DC，施加于回路與回路之間或回路與GND之間）、絕緣電阻（直流，施加于回路與回路之間或回路與GND之間），以這兩項(xiàng)測(cè)試為基準(zhǔn)分析隨空氣密度下降，產(chǎn)品絕緣性能的影響。

實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)品測(cè)試絕緣不合格的直接表現(xiàn)是漏電流超過標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致漏電流超標(biāo)的原因有：爬電距離不足導(dǎo)致電弧放電短路、器件耐壓性能不足導(dǎo)致被擊穿。

如下圖，藍(lán)色虛線表示PCB介質(zhì)導(dǎo)電最短路徑，紅色虛線表示電弧爬電最短路徑，對(duì)于設(shè)計(jì)定型的產(chǎn)品,由于其電氣間隙已經(jīng)固定，隨空氣壓力的降低，其擊穿電壓也下降。空氣壓力或空氣密度的降低使空氣介質(zhì)滅弧的開關(guān)電器滅弧性能降低，通斷能力下降和電壽命縮短：

a）直流電弧的燃弧時(shí)間隨海拔升高或氣壓降低而延長(zhǎng)；

b）直流與交流電弧的飛弧距離隨海拔升高或氣壓降低而增加。

故隨海拔升高，安全間隙需要增大，參考標(biāo)準(zhǔn)UL/EN 60950-1，以2000m海拔為基準(zhǔn)，系數(shù)/安全距離與海拔/氣壓之間關(guān)系

4、大氣壓降低對(duì)電容器影響

電容器按照不同的功用有十多種分類，其中按電解質(zhì)分類：有機(jī)介質(zhì)電容器、無機(jī)介質(zhì)電容器、電解電容器、電熱電容器和空氣介質(zhì)電容器等。特別對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)電容器、空氣介質(zhì)電容器，當(dāng)海拔升高，氣壓降低：

1）電解電容的內(nèi)外部的壓力差會(huì)變大，放電電壓降低，導(dǎo)致電容器內(nèi)部的局部放電問題；

2）晝夜溫差會(huì)變大，同時(shí)內(nèi)部外部的壓力差也變大，對(duì)密封性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求更高，否則可能鼓包。