У сфері автомобільної електроніки електронні плати повинні витримувати високу температуру навколишнього середовища, наприклад, моторні відсіки та модулі живлення протягом тривалого часу. Тому випробування на стійкість до високих-температур при 125 градусах є ключовим кроком у перевірці їх надійності. Нижче наведено детальний аналіз методів випробування стійкості до високих-температур, застосовних до автомобільних електронних плат, включаючи принципи випробувань, вибір обладнання, робочі процедури та оцінку результатів.
1, Підготовка перед тестуванням: середовище та попередня обробка зразка
(1) Налаштування тестового середовища
Вибір високотемпературної випробувальної камери
Потрібна програмована високотемпературна камера для старіння з точністю контролю температури ± 1 градус, рівномірністю менше або дорівнює ± 2 градусам і здатністю підтримувати постійну температуру принаймні 125 градусів. Наприклад, для забезпечення рівномірного прогріву всіх ділянок електронної плати можна вибрати короб із системою примусової циркуляції гарячого повітря.
Конфігурація обладнання для моніторингу
У поєднанні з багатоканальним реєстратором температури термопара типу K- використовується для моніторингу температури ключових точок на поверхні електронної плати в режимі реального часу, як-от штифти компонентів і області підкладки друкованої плати, із частотою вибірки не менше одного разу на хвилину.
(2) Підготовка та попередня обробка зразків
Відбір дослідних зразків
Електронна плата повинна включати повні функціональні модулі, принаймні з 3 паралельними зразками, і гарантувати, що зразки завершили весь процес зварювання, трьох пробних покриттів тощо.
Початкове тестування продуктивності
Перед тестуванням зразок має пройти випробування на повну працездатність із записом ключових електричних параметрів, таких як робоча напруга, струм, затримка передачі сигналу тощо, як довідкові дані.
2, Основні методи тестування: випробування постійної температури та динамічного навантаження
(1) Статичний метод випробування постійної температури
1. Процес тестування
Етап нагрівання: підвищте температуру випробувальної камери до 125 градусів зі швидкістю 5 градусів за хвилину, стабілізуйте протягом 30 хвилин після досягнення цільової температури та переконайтеся, що температура зразка відповідає температурі всередині камери.
Етап підтримки постійної температури:
Стандартна тривалість: відповідно до галузевих стандартів автомобільної електроніки, таких як AEC-Q100, безперервний вплив протягом 240 годин (10 днів) зазвичай необхідний для імітації довгострокових-сценаріїв експлуатації при високих-температурах.
Моніторинг процесу: виймайте зразок кожні 24 години, охолоджуйте його при кімнатній температурі протягом 30 хвилин і проводите функціональний тест увімкненого живлення, щоб спостерігати, чи є такі явища, як розтріскування паяного з’єднання, карбонізація підкладки та вихід з ладу компонентів.
Етап охолодження: після завершення випробування охолодіть до кімнатної температури зі швидкістю 5 градусів за хвилину, щоб уникнути термічного пошкодження, викликаного раптовим охолодженням.
2. Ключові точки спостереження
Фізичні характеристики: спостерігайте за допомогою оптичного мікроскопа (50-200 разів), чи підкладка друкованої плати змінила колір, розшарувалась, а також чи є тріщини або сліди розплавлення припою в паяних з’єднаннях.
Властивості матеріалу: використовуйте термомеханічний аналізатор для вимірювання зміни коефіцієнта теплового розширення (КТР) підкладки. Якщо CTE збільшується більш ніж на 20%, це може вказувати на ризик поломки матеріалу.
(2) Метод випробування динамічним навантаженням
1. Процес тестування
Нагрівання навантаження: підключіть електронну плату до аналогового ланцюга навантаження та нагрійте її до 125 градусів зі швидкістю 3 градуси/хв під час увімкнення, підтримуючи робочий струм на рівні 1,2 номінального струму для імітації умов перевантаження.
Тест роботи при постійній температурі:
Тривалість: 100 годин сценарію інтенсивного тестування, під час якого такі параметри, як коливання напруги та стабільність частоти, контролюються в реальному-часі.
Періодичне виявлення перерв: кожні 10 годин вимикайте живлення та охолоджуйте до кімнатної температури, щоб виявити періодичні несправності, спричинені циклічним перегріванням, наприклад поганий контакт і стрибки сигналу.
2. Індикатори визначення відмов
Електричні характеристики: якщо робоча напруга відхиляється від номінального значення на ± 5%, а затримка передачі сигналу збільшується більш ніж на 15%, це вважається несправністю.
Тепловізор: Використовуйте інфрачервоний тепловізор (точність ± 2 градуси), щоб просканувати поверхню електронної плати. Якщо температура місцевої гарячої точки перевищує 130 градусів і перевищує проектний поріг у 5 градусів, необхідно проаналізувати дефекти дизайну розсіювання тепла.
3, Розширене тестування: Термічний цикл і екстремальний виклик
(1) Тест на термоцикл (розширена адаптивність до високих температур)
Умови циклу: -40 градусів (30 хвилин) → 125 градусів (30 хвилин), швидкість циклу 5 градусів/хв, загальна тривалість циклу 50, імітація температурного удару під час запуску автомобіля.
Мета тестування: рентгенівське проміння використовується для виявлення мікротріщин усередині паяного з’єднання, а іонна хроматографія використовується для аналізу того, чи підкладка виділяє корозійні гази, такі як галогеніди, за високих температур.
(2) Випробування на екстремальні температури (для визначення критичного порогу)
Поступове нагрівання: починаючи зі 100 градусів, збільшуйте температуру на 5 градусів кожні 2 години, доки зразок не зазнає функціональної несправності. Запишіть критичну температуру, при якій виникає збій, яка має бути більше або дорівнювати 130 градусам, із зарезервованим запасом безпеки 10%.
Аналіз режиму несправності: якщо несправність спричинена витоком електроліту конденсатора, слід віддати перевагу електролітичним конденсаторам, стійким до високих-температур, наприклад виробам із номінальним значенням 135 градусів.
4, Оцінка та звіт про результати тестування
(1) Обробка даних
Намалюйте тривимірну-криву «електричних параметрів часу та температури» та порівняйте тенденцію змін параметрів до та після тестування.
Обчисліть середній час напрацювання на відмову. Якщо MTBF під час статичного тестування перевищує 1000 годин, вважається, що він пройшов перевірку надійності.
(2) Звіт про вміст
Основа тестування: довідкові стандарти, такі як ISO16750-2, SAEJ1211, і спеціальні вимоги замовника.
Приклад інформації: включаючи шари друкованої плати, типи підкладок, наприклад FR-4, алюмінієву підкладку та список компонентів.
Аналіз несправностей: виконуйте локалізацію несправностей на-невідповідних зразках, як-от сканування поверхні зламу паяних з’єднань за допомогою SEM, і пропонуйте пропозиції щодо покращення, як-от збільшення площі розсіювання тепла мідною фольгою та заміна високотемпературних клеїв-.
Розташування термопари: Термопари слід прикріплювати до поверхні друкованої плати безпосередньо під силовими пристроями, такими як MCU та мікросхеми живлення, щоб забезпечити вимірювання фактичної робочої температури.
За допомогою наведених вище методів систематичного тестування надійність автомобільних електронних плат можна всебічно оцінити в середовищі 125 градусів, забезпечуючи наукову основу для вибору, оптимізації конструкції та контролю якості масового виробництва.