一, Mecanisme de fallada en un entorn d’alta humitat: erosió doble de la física a la química
1. Corrosió electroquímica de components metàl·lics
El circuit de conducció de LCD segmentat conté un gran nombre de components metàl·lics (com el cablejat de paper de coure, elèctrodes de pasta de plata, les juntes de soldadura de plom d’estany). En ambients d’alta humitat, les molècules d’aigua es combinen amb contaminants com CO ₂ i així ₂ a l’aire per formar solucions dèbilment àcides, que corroeixen directament la superfície metàl·lica. Per exemple, un estudi de cas d’un tauler de control de cotxes va demostrar que després de córrer en un entorn amb una humitat del 85% durant 6 mesos, la corrosió verda va aparèixer als pins del xip de controlador LCD, provocant un augment del 300% en la resistència al contacte i, finalment, va provocar una fallada del segment. La taxa de corrosió està relacionada exponencialment amb la humitat: quan la humitat relativa supera el 65%, la taxa de corrosió augmenta bruscament; Quan supera el 80%, es formarà una pel·lícula d’aigua contínua a la superfície metàl·lica, accelerant la reacció electroquímica.
2. Degradació de la hidròlisi de molècules de cristall líquid
La capa de cristall líquid d’un LCD segmentat es compon de molècules de cristall líquid nemàtic, i els grups d’èster ({- CoO -) en la seva estructura molecular són propensos a les reaccions d’hidròlisi en ambients d’alta humitat, generant àcids carboxílics i compostos alcohòlics. Una prova de dispositius mèdics va demostrar que després de l’envelliment accelerat durant 1000 hores a 85 graus /85% de RH (alta temperatura i humitat alta), la constant dielèctrica del cristall líquid va disminuir un 15%, donant lloc a una disminució del contrast de visualització fins al 60% del valor inicial. Els productes d’hidròlisi també poden canviar la temperatura del punt clar (TNI) del cristall líquid, fent que el mòdul de visualització presenti “taques negres” o “boira blanca” a temperatura ambient.
3. Absorció d’humitat i expansió del film polaritzador
La pel·lícula polaritzadora és un component òptic clau de la LCD segmentada, i el seu substrat (com l’alcohol polivinil PVA) té una forta absorció d’humitat. En un entorn amb una humitat del 90%, el gruix del polaritzador s’ampliarà un 5% -8% en 24 hores, donant lloc a:
Degradació del rendiment òptic: el grau de polarització va disminuir del 99,9%al 98,5%, i el contrast de visualització va disminuir un 20%;
Danys de tensió mecànica: la tensió interna generada per l’expansió pot esquinçar la capa adhesiva entre el polaritzador i el substrat de vidre, provocant bombolles o delaminació.
Un estudi de cas d’un instrument a l’aire lliure va demostrar que després d’operar en un entorn costaner d’alta humitat durant 18 mesos, el 30% dels mòduls LCD van experimentar deformació de la vora polaritzadora, donant lloc a fuites de llum i caràcters borrosos.
4. Risc de permeabilitat a la humitat de materials d’envasos
L’estructura d’envasament del LCD segmentat (com el panell posterior del marc de vidre) no està completament segellada i les molècules d’aigua poden penetrar a través dels micropores del material del marc (com la resina epoxi). La prova d'una institució de recerca demostra que la permeabilitat de la humitat dels marcs adhesius epoxi ordinaris arriba als 2G/(M ² · 24h). En un entorn amb una humitat del 85%, la humitat interna de la LCD arribarà al 80% del medi extern en un termini de 72 hores. La permeació de les molècules d’aigua també pot conduir a:
Falla de la IC del conductor: la humitat es condensa a la superfície de la IC per formar una pel·lícula d’aigua, provocant danys de corrent de fuites i descàrrega electrostàtica (ESD);
Mòdul de llum curtcircuit: Després que el material d’encapsulació de silicona de les perles LED absorbeix la humitat, la resistència d’aïllament disminueix de 10 ⁹ ω a 10 ⁶ ω, fent que les perles es trenquessin.
2, modes de fallada típiques causades per una alta humitat
1. Mostra la fallada de la funció
Els segments que falten i els caràcters esgarrifats: la corrosió metàl·lica va provocar una interrupció del senyal de conducció. En un cas de mesurador intel·ligent, després de córrer en un entorn amb una humitat del 90% durant 3 mesos, la taxa que falta el segment de visualització de LCD va augmentar del 0,1% al 12%;
Atenuació del contrast: l'efecte combinat de la hidròlisi de cristall líquid i l'expansió del polaritzador redueix el contrast de la pantalla de 1000: 1 a 300: 1, que no pot complir els requisits de visibilitat dels entorns industrials;
Temps de resposta ampliat: la humitat canvia la viscositat del LCD, provocant un retard de refresc de la pantalla de més de 50ms, afectant la visualització real de dades dinàmiques reals -.
2 deteriorament del rendiment elèctric
Disminució de la resistència a l’aïllament: la humitat fa que la resistència d’aïllament de la placa PCB disminueixi de 10 ⁸ ω a 10 ⁵ ω, donant lloc a la ruptura del port del xip del conductor;
Surg de corrent de fuites: les molècules d'aigua formen canals conductors en superfícies metàl·liques. Una prova del sistema de control de parcs eòlics va demostrar que el corrent de fuita del circuit de conductor LCD va augmentar de 0,1 μ A a 10 μ A a un 85% d’humitat, donant lloc a un augment de 100 vegades del consum d’energia;
Augment de la sensibilitat a la descàrrega electrostàtica (ESD): la humitat redueix la resistència superficial dels materials, reduint la tensió de tolerància del LCD a ESD de 8kV a 2kV, fent que sigui susceptible a la ruptura electrostàtica del cos humà.
3. Reducció de la fiabilitat estructural
Delaminació del marc de goma: les molècules d’aigua penetren i debiliten l’adhesió entre el marc de goma i el vidre. En un cert cas d’electrònica d’automòbils, després de funcionar en un entorn d’alta humitat durant 6 mesos, el 20% dels mòduls LCD van experimentar un esquerdament de vora del marc de goma;
Oxidació de passadors metàl·lics: les articulacions de soldadura de plom de llauna generen òxid d’estany (SNO ₂) en ambients d’alta humitat, donant lloc a un augment del 50% de la resistència al contacte i provocant errors de transmissió de senyal;
Mòdul de llum groc: la humitat accelera la degradació dels fòsfors LED, fent que la temperatura del color de la llum de la llum passi de 6500k a 4.000k, afectant la precisió del color de la visualització.
3, Contres tècniques per a la protecció en entorns d’alta humitat
1. Protecció a nivell de material
Material d’encapsulació permeable a la humitat baixa: utilitzant resina epoxi o encapsulació de silicona amb una permeabilitat d’humitat inferior o igual a 0,5 g/(m ² · 24h). Per exemple, un fabricant d’equips mèdics redueix la taxa d’augment d’humitat dins del LCD en un 80% passant a un marc de goma permeable a la humitat baixa;
Recobriment metàl·lic resistent a la corrosió: deposició d’1-2 μ m de recobriment d’or de níquel químic (enig) a la superfície dels pins i pastilles de xip del conductor, cosa que augmenta la resistència a la corrosió en 10 vegades;
Pel·lícula polaritzant impermeable: seleccioneu una pel·lícula polaritzant de substrat de polimida (PI) amb una taxa d’absorció d’humitat inferior o igual a l’1%, i apliqueu un recobriment nano hidrofòbic (com el polietilè fluorat) a la superfície per reduir la taxa d’expansió de la pel·lícula polaritzant fins a menys de l’1%.
2. Protecció a nivell estructural
Recobriment conforme: polvoritzeu una pintura acrílica o silicona de 50-100 μ m de gruix a la superfície de la placa PCB per formar una densa capa protectora, restaurant la resistència de l'aïllament a sobre de 10 ωω;
Disseny de l'estructura segellada: adoptant una estructura totalment segellada de "tauler de metall de vidre" i substituint els adhesius tradicionals per soldadura làser, la permeabilitat de la humitat es redueix a 0,1g/(m ² · 24h);
Integració dessecant: el tamís molecular dessecant (com la zeolita 3a) s’incorpora al panell posterior de LCD, amb una capacitat d’absorció d’humitat del 20% en pes i pot mantenir la humitat interna inferior o igual al 40% de RH durant 5 anys.
3. Protecció del nivell del sistema
Monitorització del sensor d’humitat: sensor d’humitat digital integrada (com sht31), real - Monitorització de temps de la humitat interna LCD, desencadenant el circuit de calefacció i deshumidificació quan la humitat supera el 60% de rh;
Tecnologia de calefacció i deshumidificació: una pel·lícula conductora transparent (ITO) s’incorpora dins del panell posterior LCD i la temperatura interna s’eleva a 50 graus per escalfament de corrent de pols per accelerar l’evaporació de la humitat;
Estratègia de control ambiental: dissenyar un compartiment segellat independent en equips industrials, mantenir una humitat inferior o igual al 50% de RH i una temperatura de 25 ± 5 graus dins del compartiment mitjançant xips de refrigeració de semiconductors i amplien la vida de la LCD a més de 15 anys.
