一, Mécanisme de défaillance dans un environnement d'humidité élevé: double érosion de la physique à la chimie
1. Corrosion électrochimique des composants métalliques
Le circuit de conduite de l'écran LCD segmenté contient un grand nombre de composants métalliques (tels que le câblage en feuille de cuivre, les électrodes en pâte d'argent, les joints de soudure en étain). Dans les environnements d'humidité élevée, les molécules d'eau se combinent avec des polluants tels que le CO ₂ et donc ₂ dans l'air pour former des solutions faiblement acides, qui corrodent directement la surface métallique. Par exemple, une étude de cas d'un tableau de bord de voiture a montré qu'après avoir fonctionné dans un environnement avec 85% d'humidité pendant 6 mois, la corrosion verte est apparue sur les broches de la puce du conducteur LCD, provoquant une augmentation de 300% de la résistance aux contacts et conduisant finalement à une défaillance du segment d'affichage. Le taux de corrosion est exponentiellement lié à l'humidité: lorsque l'humidité relative dépasse 65%, le taux de corrosion augmente fortement; Lorsqu'il dépasse 80%, un film d'eau continu se formera sur la surface métallique, accélérant la réaction électrochimique.
2. Dégradation d'hydrolyse des molécules de cristal liquide
La couche cristalline liquide d'un écran LCD segmenté est composée de molécules de cristal liquide nématiques, et les groupes d'ester (- COO -) dans sa structure moléculaire sont sujettes à des réactions d'hydrolyse dans des environnements d'humidité élevée, générant des acides carboxyliques et des composés alcooliques. Un test de dispositif médical a montré qu'après un vieillissement accéléré pendant 1000 heures à 85 degrés / 85% RH (température élevée et humidité élevée), la constante diélectrique du cristal liquide a diminué de 15%, entraînant une diminution de l'affichage en contraste avec 60% de la valeur initiale. Les produits d'hydrolyse peuvent également modifier la température du point clair (TNI) du cristal liquide, ce qui fait que le module d'affichage présente des défauts de "taches noires" ou de "brouillard blanc" à température ambiante.
3. Absorption et expansion de l'humidité du film polarisant
Le film polarisant est un composant optique clé de l'écran LCD segmenté, et son substrat (comme l'alcool polyvinylique PVA) a une forte absorption d'humidité. Dans un environnement avec une humidité de 90%, l'épaisseur du polariseur s'étendra de 5% à 8% dans les 24 heures, ce qui entraînera:
Dégradation des performances optiques: le degré de polarisation a diminué de 99,9% à 98,5%, et le contraste d'affichage a diminué de 20%;
Dommages à la contrainte mécanique: La contrainte interne générée par l'expansion peut déchirer la couche adhésive entre le polariseur et le substrat de verre, provoquant des bulles d'affichage ou un délaminage.
Une étude de cas d'un instrument extérieur a montré qu'après avoir fonctionné dans un environnement côtier à haute humidité pendant 18 mois, 30% des modules LCD ont connu une déformation des bords du polariseur, entraînant une fuite de lumière d'affichage et des caractères flous.
4. Risque de perméabilité en humidité des matériaux d'emballage
La structure d'emballage de l'écran LCD segmenté (tel que le panneau arrière du cadre en verre) n'est pas complètement scellée et les molécules d'eau peuvent pénétrer à travers les micropores du matériau à cadre (comme la résine époxy). Le test d'une institution de recherche montre que la perméabilité de l'humidité des cadres adhésifs époxy ordinaires atteint 2G / (m ² · 24h). Dans un environnement avec une humidité de 85%, l'humidité interne de l'écran LCD atteindra 80% de l'environnement externe en 72 heures. La perméation des molécules d'eau peut également conduire à:
Échec du conducteur: L'humidité se condense à la surface du CI pour former un film d'eau, provoquant des dommages à la fuite de courant et de décharge électrostatique (ESD);
Module de rétroéclairage court-circuit: Une fois que le matériau d'encapsulation en silicone des billes LED absorbe l'humidité, la résistance à l'isolation diminue de 10 ⁹ ω à 10 ω ω, provoquant la décomposition des billes.
2, modes de défaillance typiques causés par une humidité élevée
1. Afficher la défaillance de la fonction
Segments manquants et caractères brouillés: la corrosion métallique a provoqué l'interruption du signal de conduite. Dans un cas de compteur intelligent, après avoir fonctionné dans un environnement avec une humidité de 90% pendant 3 mois, le taux manquant du segment d'affichage LCD est passé de 0,1% à 12%;
Atténuation du contraste: L'effet combiné de l'hydrolyse des cristaux liquides et de l'expansion du polariseur réduit le contraste d'affichage de 1000: 1 à 300: 1, qui ne peut pas répondre aux exigences de visibilité des environnements industriels;
Temps de réponse prolongé: L'humidité modifie la viscosité de l'écran LCD, provoquant un retard de rafraîchissement de l'affichage de plus de 50 ms, affectant le temps réel -.
2. Détérioration des performances électriques
Diminution de la résistance à l'isolation: l'humidité fait que la résistance à l'isolation de la carte PCB diminuait de 10 ⁸ Ω à 10 ⁵ ω, conduisant à la dégradation du port de la puce du conducteur;
Éléments de courant de fuite: les molécules d'eau forment des canaux conducteurs sur les surfaces métalliques. Un test du système de surveillance du parc éolien a montré que le courant de fuite du circuit du conducteur LCD est passé de 0,1 μ A à 10 μ A à 85% d'humidité, entraînant une augmentation de 100 fois de la consommation d'énergie;
Sensibilité accrue à la décharge électrostatique (ESD): l'humidité réduit la résistance de surface des matériaux, réduisant la tension de tolérance de l'ECD à l'ESD de 8 kV à 2kV, ce qui le rend sensible à la dégradation électrostatique par le corps humain.
3. Réabilité de fiabilité structurelle réduite
Démaillant du cadre en caoutchouc: les molécules d'eau pénètrent et affaiblissent l'adhésion entre le cadre en caoutchouc et le verre. Dans un certain cas d'électronique automobile, après avoir fonctionné dans un environnement d'humidité élevé pendant 6 mois, 20% des modules LCD ont connu la fissuration de bord du cadre en caoutchouc;
Oxydation des broches métalliques: les joints de soudure du plomb en étain génèrent de l'oxyde d'étain (SNO ₂) dans des environnements d'humidité élevés, entraînant une augmentation de 50% de la résistance aux contacts et provoquant des erreurs de transmission du signal;
Jauncement du module de rétroéclairage: L'humidité accélère la dégradation des phosphores LED, provoquant le passage de la température de couleur de rétro-éclairage de 6500k à 4000K, affectant la précision des couleurs de l'affichage.
3, contre-mesures techniques pour la protection dans des environnements d'humidité élevés
1. Protection au niveau des matériaux
Matière d'encapsulation perméable à faible humidité: en utilisant de la résine époxy ou de l'encapsulation en silicone avec une perméabilité d'humidité inférieure ou égale à 0,5 g / (m ² · 24h). Par exemple, un fabricant d'équipements médicaux réduit la hausse du taux d'humidité à l'intérieur de l'écran LCD de 80% en passant à un cadre en caoutchouc perméable à faible humidité;
Revêtement métallique résistant à la corrosion: dépôt de 1 à 2 μm de revêtement chimique en or (ENIG) à la surface des broches et des coussinets de puce de conducteur, ce qui augmente la résistance à la corrosion de 10 fois;
Film polarisant imperméable: sélectionnez un film polarisant du substrat en polyimide (PI) avec un taux d'absorption d'humidité inférieur ou égal à 1%, et appliquez un revêtement nano hydrophobe (comme le polyéthylène fluoré) à la surface pour réduire le taux d'étendue du film polarisant en dessous de 1%.
2. Protection au niveau structurel
Revêtement conforme: vaporisez une peinture en acrylique ou en silicone de 50 à 100 μm d'épaisseur à trois preuves à la surface de la planche PCB pour former une couche protectrice dense, en restaurant la résistance à l'isolation à plus de 10 Ωω;
Conception de la structure scellée: adoptant une structure entièrement scellée du "panneau de cadre en métal en verre" et remplaçant les adhésifs traditionnels par le soudage au laser, la perméabilité de l'humidité est réduite à 0,1 g / (m ² · 24h);
Intégration dessiccants: le dessiccant au tamis moléculaire (comme la zéolite 3A) est intégré dans le panneau arrière LCD, avec une capacité d'absorption d'humidité de 20% en poids, et peut maintenir une humidité interne inférieure à ou égale à 40% RH pendant 5 ans.
3. Protection au niveau du système
Surveillance du capteur d'humidité: capteur d'humidité numérique intégré (comme Sht31), la surveillance du temps réelle - de l'humidité interne LCD, déclenchant un circuit de chauffage et de déshumidification lorsque l'humidité dépasse 60% de Rh;
Technologie de chauffage et de déshumidification: un film conducteur transparent (ITO) est intégré à l'intérieur du panneau arrière LCD, et la température interne est augmentée à 50 degrés par chauffage du courant d'impulsion pour accélérer l'évaporation de l'humidité;
Stratégie de contrôle environnemental: Concevoir un compartiment scellé indépendant dans l'équipement industriel, maintenir une humidité inférieure à 50% à 50% et une température de 25 ± 5 degrés à l'intérieur du compartiment par des puces de réfrigération semi-conductrices et prolonger la durée de vie de l'écran LCD à plus de 15 ans.