W dziedzinie elektroniki samochodowej płytki elektroniczne muszą przez długi czas wytrzymywać środowiska o wysokiej temperaturze, takie jak komory silnika i moduły mocy. Dlatego badanie-odporności na wysoką temperaturę w temperaturze 125 stopni jest kluczowym krokiem weryfikującym ich niezawodność. Poniżej przedstawiono szczegółową analizę metod testowania-odporności na wysoką temperaturę mających zastosowanie do elektronicznych płytek samochodowych, w tym zasady testowania, dobór sprzętu, procedury operacyjne i ocenę wyników.
1, Przygotowanie przed badaniem: wstępna obróbka środowiska i próbki
(1) Konfiguracja środowiska testowego
Wybór komory do badań wysokotemperaturowych
Wymagana jest programowalna-komora do starzenia w wysokiej temperaturze, z dokładnością kontroli temperatury wynoszącą ± 1 stopień, jednorodnością mniejszą lub równą ± 2 stopni i możliwością utrzymywania stałej temperatury wynoszącej co najmniej 125 stopni. Można na przykład wybrać skrzynkę z systemem wymuszonego obiegu gorącego powietrza, aby zapewnić równomierne ogrzewanie wszystkich obszarów płytki elektronicznej.
Konfiguracja sprzętu monitorującego
W połączeniu z wielo-kanałowym rejestratorem temperatury termopara typu K- służy do monitorowania temperatury kluczowych punktów na powierzchni płytki elektronicznej w czasie rzeczywistym, takich jak styki komponentów i obszary podłoża PCB, z częstotliwością próbkowania nie mniejszą niż raz na minutę.
(2) Przygotowanie próbki i obróbka wstępna
Dobór próbek do badań
Płytka elektroniczna musi zawierać kompletne moduły funkcjonalne, z co najmniej 3 równoległymi próbkami i zapewniać, że próbki przeszły cały proces spawania, trzykrotnego pokrycia powłoką próbną itp.
Wstępne testy wydajności
Przed badaniem próbka musi przejść w pełni funkcjonalny test po włączeniu zasilania, rejestrując kluczowe parametry elektryczne, takie jak napięcie robocze, prąd, opóźnienie transmisji sygnału itp. jako dane referencyjne.
2, Podstawowe metody testowania: ekspozycja na stałą temperaturę i testowanie obciążenia dynamicznego
(1) Metoda badania statycznego w stałej temperaturze
1. Proces testowania
Etap nagrzewania: Podnieś temperaturę komory testowej do 125 stopni z szybkością 5 stopni/min, ustabilizuj przez 30 minut po osiągnięciu temperatury docelowej i upewnij się, że temperatura próbki jest zgodna z temperaturą wewnątrz komory.
Etap utrzymywania stałej temperatury:
Standardowy czas trwania: zgodnie z normami branży elektroniki samochodowej, takimi jak AEC-Q100, do symulacji długoterminowych-scenariuszy pracy w wysokiej-temperaturze wymagana jest ciągła ekspozycja przez 240 godzin (10 dni).
Monitorowanie procesu: Wyjmuj próbkę co 24 godziny, schładzaj ją w temperaturze pokojowej przez 30 minut i przeprowadź test działania po włączeniu zasilania, aby sprawdzić, czy występują zjawiska takie jak pękanie połączeń lutowniczych, zwęglenie podłoża i awaria komponentów.
Etap chłodzenia: Po zakończeniu testu ochłodzić do temperatury pokojowej z szybkością 5 stopni/min, aby uniknąć uszkodzeń na skutek naprężeń termicznych spowodowanych nagłym ochłodzeniem.
2. Kluczowe punkty obserwacyjne
Charakterystyka fizyczna: Obserwować pod mikroskopem optycznym, czy podłoże PCB nie wykazuje odbarwień, rozwarstwień oraz czy w złączach lutowniczych występują pęknięcia lub ślady topienia lutu.
Właściwości materiału: Użyj analizatora termomechanicznego, aby zmierzyć zmianę współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE) podłoża. Jeśli współczynnik CTE wzrośnie o więcej niż 20%, może to wskazywać na ryzyko uszkodzenia materiału.
(2) Metoda badania obciążenia dynamicznego
1. Proces testowania
Ogrzewanie obciążenia: Podłącz płytkę elektroniczną do analogowego obwodu obciążenia i podgrzej ją do 125 stopni z szybkością 3 stopni/min przy włączonym zasilaniu, utrzymując prąd roboczy na poziomie 1,2-krotności prądu znamionowego, aby symulować warunki przeciążenia.
Test działania w stałej temperaturze:
Czas trwania: 100 godzin intensywnego scenariusza testowego, podczas którego monitorowane są w czasie rzeczywistym-parametry, takie jak wahania napięcia i stabilność częstotliwości.
Okresowe wykrywanie przerw: co 10 godzin wyłączaj zasilanie i schładzaj do temperatury pokojowej, aby wykryć sporadyczne usterki spowodowane cyklami termicznymi, takie jak słaby kontakt i skoki sygnału.
2. Wskaźniki determinacji awarii
Parametry elektryczne: Jeżeli napięcie robocze odbiega od wartości znamionowej o ± 5%, a opóźnienie transmisji sygnału wzrasta o więcej niż 15%, uznaje się to za awarię.
Wykrywanie obrazu termowizyjnego: Użyj kamery termowizyjnej na podczerwień (dokładność ± 2 stopni), aby zeskanować powierzchnię płytki elektronicznej. Jeśli temperatura lokalnego punktu gorącego przekracza 130 stopni i przekracza projektowy próg 5 stopni, konieczne jest przeanalizowanie wad projektowych rozpraszania ciepła.
3, Zaawansowane testy: cykle termiczne i ekstremalne wyzwanie
(1) Test cyklu termicznego (rozszerzona zdolność adaptacji do wysokich temperatur)
Warunki cyklu: -40 stopni (30 minut) → 125 stopni (30 minut), szybkość cyklu 5 stopni/min, całkowity czas cyklu 50, symuluje szok temperaturowy podczas uruchamiania samochodu.
Cel testów: promienie X- służą do wykrywania propagacji mikropęknięć wewnątrz złącza lutowanego, a chromatografia jonowa służy do analizy, czy podłoże uwalnia w wysokich temperaturach gazy korozyjne, takie jak halogenki.
(2) Test krokowy w ekstremalnej temperaturze (w celu określenia progu krytycznego)
Stopniowe ogrzewanie: Zaczynając od 100 stopni, zwiększaj temperaturę o 5 stopni co 2 godziny, aż próbka ulegnie awarii. Zanotuj temperaturę krytyczną, w której następuje awaria, która powinna być większa lub równa 130 stopni, z zarezerwowanym 10% marginesem bezpieczeństwa.
Analiza trybu awarii: jeśli awaria jest spowodowana wyciekiem elektrolitu z kondensatora, należy priorytetowo traktować kondensatory elektrolityczne odporne na wysokie{0} temperatury, takie jak produkty o wartości znamionowej 135 stopni.
4, Ocena i raportowanie wyników testów
(1) Przetwarzanie danych
Narysuj trójwymiarową-krzywą „parametrów elektrycznych temperatury w czasie” i porównaj trend zmian parametrów przed i po testowaniu.
Oblicz średni czas pomiędzy awariami. Jeśli MTBF w testach statycznych jest większy niż 1000 godzin, uważa się, że przeszedł weryfikację niezawodności.
(2) Treść raportu
Podstawa testu: Normy referencyjne, takie jak ISO16750-2, SAEJ1211 i specyficzne wymagania klienta.
Przykładowe informacje: w tym warstwy PCB, rodzaje podłoża, takie jak FR-4, podłoże aluminiowe i lista komponentów.
Analiza awarii: przeprowadź lokalizację awarii na-próbkach niezgodnych z wymaganiami, na przykład skanując powierzchnię pęknięć połączeń lutowanych za pomocą SEM, i zaproponuj sugestie ulepszeń, takie jak zwiększenie powierzchni folii miedzianej rozpraszającej ciepło i wymiana-klejów wysokotemperaturowych.
Układ termopar: Termopary należy przymocować do powierzchni płytki drukowanej bezpośrednio pod urządzeniami zasilającymi, takimi jak MCU i chipy zasilające, aby mieć pewność, że mierzona jest rzeczywista temperatura robocza.
Dzięki powyższym systematycznym metodom testowania niezawodność samochodowych płytek elektronicznych można kompleksowo ocenić w środowisku o temperaturze 125 stopni, zapewniając naukowe podstawy do selekcji, optymalizacji projektu i kontroli jakości produkcji masowej.