电子设备

可穿戴电子设备老化测试指南新兴消费电子领域市场规模不断扩大，以VR，智能手表，蓝牙耳机，健身追踪器，助听器，心脏起搏器等为代表的可穿戴电子设备发展迅猛。大多数的可穿戴电子设备都要经过质量和性能测试，包括老化测试，腐蚀测试，机械物理测试，电池测试，可用性测试，安全测试等等。大部分可穿戴电子设备生产商面临以下3个问题：我的可穿戴电子设备每个部件应该使用哪种合适的材料？我的可穿戴电子设备的使用寿命符合预期吗？我的可穿戴电子设备性能符合预期吗？可穿戴设备由不同的材料制成，如彩色热塑性塑料或橡胶材料、密封剂和接头、显示器、照相机和保护膜等。这些材料都对紫外线辐射、可见光，温度和湿度敏感。此外，随着佩戴者的行程轨迹，可穿戴电子设备有时使用在户外，有时使用在室内，但世界范围内的气候因地理位置不同，温度，湿度，太阳光辐照度等方面有很大的差异。翁开尔公司代理的美国Q-LAB研发生产了Q-SUN氙灯老化箱适用于可穿戴电子设备的老化测试。通过使用Q-SUN氙灯老化箱对可穿戴电子设备进行耐候性老化测试，用户可以了解可穿戴电子设备每个部件应该使用哪种正确的材料，以及使用寿命和外观是否达到预期等。可穿戴电子设备产品老化主要影响因素太阳光可穿戴电子设备产品主要的压力因素是太阳光，温度和水。太阳光辐射和产品温度是导致聚合物材料降解的两个主要因素，紫外光是材料光降解的关键因素，可见光的关键部分通常仅限于波长范围在380nm-420nm的富含能量的紫光和蓝光，这两种颜色会完整吸收可见光谱的各自部分，导致可穿戴电子设备褪色。热户外暴晒的产品温度很大程度受到颜色的影响，黑色产品表面在户外可以达到65℃，在车内甚至可以达到100℃以上。白色产品表面则温度相对低。此外，可穿戴电子设备也会受到通过其运行能量和佩戴者的体温而受到影响，反应速度随着温度的升高而增加，这对聚合物的光降解也产生了影响。水可穿戴电子设备的聚合物材料在吸水时会膨胀，当水蒸发时，会发生收缩，这个过程会导致机械应力，一般情况下，水的影响只有在水渗入几个小时以上才是重要的。当聚合物吸收水，玻璃转化温度会明显下降，氧气扩散率增加，光氧化和水解反应发生，聚合物基体降解，最终导致物理强度损失。可穿戴电子设备耐候性老化测试解决方案-Q-SUN氙灯老化箱Q-SUN氙灯老化试验箱可用于可穿戴电子设备耐候性测试，提供与产品在室内、户外环境条件下所接触的相同的老化因素。采用氙弧灯光源模拟全光谱太阳光，并通过不同的滤光片适当过滤，得到特定的光谱。通过水喷淋、冷凝和湿度等模拟潮湿环境。可穿戴电子设备的耐候性测试涉及材料的长期降解测试，大部分材料的降解受环境影响。加速老化测试主要检测太阳光，温度和水对可穿戴电子设备的影响，以反映它们的使用寿命。目前市场上没有针对可穿戴电子设备的具体测试标准，传统的材料，如聚合物和涂层，可以使用现有的ISO、ASTM和其他标准进行测试，但针对某些类型的产品可以根据客户的要求进行测试裁剪，以反映老化情况。举例：模拟可穿戴电子设备户外老化测试参考标准：ISO4892-2（塑料.实验室光源暴露方法.第2部分:氙弧灯）ISO 4892-2:2013指定了样品暴露在氙灯光照环境下，模拟户外综合老化效果（包括温度、湿度/潮湿环境下）的测试方法，以再现产品在实际使用过程中暴露在光照环境或者经过窗玻璃过滤的光照环境产生的老化效果。具体设置Q-SUN氙灯试验箱符合DIN EN ISO 4892-2:2013翁开尔40年专业资深代理美国Q-LAB系列产品，欢迎致电咨询。

【研究背景】微型电子设备由于其高度集成化，具备了小型化和高性能的优势，但同时也面临着显著的挑战。随着电子元件的堆叠，设备的功率密度大幅提高，导致热量积累和电磁干扰（EMI）问题愈发严重。传统的电磁干扰屏蔽材料通常具有较好的电磁屏蔽性能，但往往伴随着较差的热导性，而具有优良热导性的材料却在屏蔽效果上有所妥协。此外，导电薄膜和聚合物基导电粘合剂在应对不规则形状的电子元件和缝隙填充方面也存在局限，难以兼顾屏蔽、绝缘和散热性能。为了解决这些问题，北京化工大学的张好斌教授团队提出了一种创新的微电容器结构模型。这一模型利用导电填料作为极板，聚合物作为介电层，开发出了一种新型的绝缘电磁干扰屏蔽聚合物复合材料。该材料通过微电容器结构实现了高效的电磁波反射和吸收，同时具备了良好的电阻率和导热性。研究表明，这种复合材料能够直接灌封于电子元件之间的缝隙中，有效解决了电磁兼容性和热量积累的问题。这一成果在《Science》上发表，为电子设备的小型化和性能提升提供了新的技术路径。【表征亮点】（1）实验首次提出了一种微电容器结构模型，该模型通过使用导电填料作为极板，聚合物作为介电层来开发绝缘的电磁干扰（EMI）屏蔽聚合物复合材料。这一创新结构不仅解决了传统导电屏蔽材料在高度集成电子设备中带来的短路风险，还有效结合了电阻率、屏蔽性能和导热性，使复合材料具备更全面的性能。（2）实验通过嵌入液态金属颗粒于硅聚合物基质中，实现了协同的非渗透致密化和介电增强。这种设计避免了形成渗透网络，同时利用极板中的电子振荡和介电层中的偶极子极化，促进了电磁波的反射与吸收。（3）此外，该复合材料的绝缘特性允许其直接灌封在电子元件之间的缝隙中，解决了电子设备中的电磁兼容性和热量积累问题。这一研究成果为微型电子设备的散热和EMI屏蔽提供了新的技术路径，推动了电子设备的小型化与高效能发展。【图文解读】图1：集成绝缘性、EMI 屏蔽和热导的微电容器模型设计。图2. 用于优化 EMI SE 和热导率的非渗透致密化。图3. 用于提高 EMI SE 和热导的介电层介电性能优化。图4: 使用 LMPFill 直接灌封电子器件，以解决 EMC 和积热问题。【科学启迪】本文通过创新的复合材料设计，解决了微型电子设备中热量积累和电磁干扰屏蔽的矛盾。传统材料在电磁屏蔽和热导性能之间存在权衡，而周新峰等人的研究提出了一种基于微电容器结构模型的复合材料，通过将液态金属颗粒嵌入硅聚合物基质中，有效地克服了这一难题。这种复合材料利用导电填料作为极板，并通过聚合物介电层实现电磁波的反射和吸收，从而达到高电阻率、优良的屏蔽性能和较好的导热性。这一研究不仅提供了新的思路来改进电磁干扰屏蔽材料的性能，还展示了如何在保证绝缘的同时实现优良的屏蔽效果。通过在电子设备的缝隙中直接灌封这一复合材料，能够有效应对电子设备的电磁兼容性问题和热量积累问题，从而提升设备的整体性能和可靠性。这一方法的成功应用，为未来微型电子设备材料的研发提供了宝贵的经验和方向。原文详情：Xinfeng Zhou et al. ,Insulating electromagnetic-shielding silicone compound enables direct potting electronics.Science385,1205-1210(2024).DOI:10.1126/science.adp6581

在过去几十年中，微型化是微电子行业的重点发展方向。更小型的设备运行速度更快且具有更紧凑的系统。纳米技术和薄膜处理领域的进步已延伸到各种技术领域，包括光伏电池、温差电材料和微机电系统（MEMS）。这些材料和设备的热属性对于这类工程系统的持续发展至关重要。但是，这些系统存在与热传导有关的各种问题。为了更有效地解决这些问题，全面了解微型材料的热传导性质至关重要。今天小菲就给大家解说下，在阿林顿的得克萨斯大学，以微型热物理学实验室主任Ankur Jain博士为首的团队研究与微尺度热传导有关的各种话题。该实验室采用各种现代设备和仪器，其中就包括FLIR红外热像仪。三维集成电路中的散热Ankur Jain博士负责微型热物理实验室，在实验室里他和他的学生进行关于微尺度热传导、能量转换系统、半导体热管理、生物传热等相关话题的研究。三维集成电路（IC）中的热耗散是一大技术挑战，尽管在过去的十几年或二十年中进行了大量的研究，但这一技术的广泛应用仍然受到阻碍。因此，微型热物理学实验室的研究人员开展实验以测量三维集成电路的关键热特性，开发分析模型以了解三维集成电路中的热传导。测量温度场薄膜材料自诞生以来就一直是微电子技术的一个重要特征，为芯片提供多种功能。为了准确地了解薄膜的热性能，我们需要将热性能与沉积过程中不断变化的微观结构和形貌联系起来。这样，就可以研究诸如导电性、体积模量、厚度和界面热阻等属性。Ankur Jain博士称：“我们对微型器件上温度场随时间的变化尤其感兴趣，通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”在电子元件中，热通常是主设备运行的不良副作用。因此，充分了解薄膜的瞬态热现象十分重要。Ankur Jain表示：“通过测量基质的热属性，我们尽力了解微尺度热传导的基本性质。”“通过了解热如何在微系统中流动，我们能够有效地将过热问题最小化。这有助于我们设计出微系统，并在材料选择方面作出更明智的决策。例如，我们已进行一项研究，旨在比较各种类型薄膜的热传导属性。”红外热像仪的应用为了测量微电子设备的温度，Ankur Jain博士的团队使用过各种技术，包括热电偶。这项技术存在的主要问题是热电偶仅能测量单点温度值。为了获得温度场的更全面直观的图像，Jain博士决定使用FLIR红外热像仪。FLIR A6703sc红外热像仪专为电子元件检测、医疗热成像、生产监控、非破坏性测试等应用而设计，完美适用于高速热事件和快速移动目标。短曝光时间使用户能够定格运动，获得精确的温度测量值。热像仪的图像输出可以通过调节窗口，将帧频提高至480帧/秒，并精确描述高速热事件的特征，从而确保在测试过程中不会遗漏关键数据。Ankur Jain表示：“我们感兴趣的设备中的热现象转瞬即逝，我们需要整个温度场的信息，而不是单点测量值，FLIR A6703sc在实验期间大有助益，为我们呈现受测设备非常精细的细节。”FLIR ResearchIR助力科研研发此外，Ankur Jain博士的团队一直将FLIR ResearchIR分析软件用于科研研发应用领域。ResearchIR是一款强大且简单易用的热分析软件，可实现热像仪系统的命令和控制、高速数据记录、实时或回放分析以及报告等。Ankur Jain道：“经证实，FLIR的ResearchIR软件非常实用，尤其是，它能够保存我们的热记录然后在数台电脑之间共享以供进一步分析”。“ResearchIR极大地增进了我们团队内以及我们团队与其他团队的协作，非常感谢菲力尔产品的支持！”