В области автомобильной электроники электронные платы должны выдерживать воздействие высоких температур в моторных отсеках и силовых модулях в течение длительного времени. Поэтому испытание на устойчивость к высоким-температурам при 125 градусах является ключевым этапом проверки их надежности. Ниже представлен подробный анализ методов испытаний на устойчивость к высоким-температурам, применимых к автомобильным электронным платам, включая принципы испытаний, выбор оборудования, рабочие процедуры и оценку результатов.
1. Подготовка перед тестированием: предварительная обработка окружающей среды и образцов.
(1) Настройка тестовой среды
Выбор камеры для высокотемпературных испытаний
Требуется программируемая высокотемпературная камера выдержки -с точностью регулирования температуры ± 1 градус, однородностью не более ± 2 градуса и способностью удерживать постоянную температуру не менее 125 градусов. Например, можно выбрать бокс с системой принудительной циркуляции горячего воздуха, чтобы обеспечить равномерный нагрев всех участков электронной платы.
Конфигурация оборудования мониторинга
В сочетании с многоканальным регистратором температуры термопара типа К- используется для контроля температуры ключевых точек на поверхности электронной платы в режиме реального времени, таких как контакты компонентов и области подложки печатной платы, с частотой измерения не менее одного раза в минуту.
(2) Подготовка и предварительная обработка проб
Отбор тестовых образцов
Электронная плата должна включать в себя полные функциональные модули, по крайней мере, с тремя параллельными образцами и обеспечивать, чтобы образцы прошли весь процесс сварки, три контрольных покрытия и т. д.
Начальное тестирование производительности
Перед тестированием образец должен пройти полнофункциональное испытание при включении питания с записью ключевых электрических параметров, таких как рабочее напряжение, ток, задержка передачи сигнала и т. д., в качестве справочных данных.
2. Методы тестирования ядра: воздействие постоянной температуры и испытание на динамическую нагрузку.
(1) Метод статических испытаний при постоянной температуре
1. Процесс тестирования
Этап нагрева: поднимите температуру испытательной камеры до 125 градусов со скоростью 5 градусов в минуту, стабилизируйте в течение 30 минут после достижения целевой температуры и убедитесь, что температура образца соответствует температуре внутри камеры.
Стадия поддержания постоянной температуры:
Стандартная продолжительность. В соответствии со стандартами автомобильной электроники, такими как AEC-Q100, для моделирования долгосрочных-сценариев работы при высоких-температурах обычно требуется непрерывное воздействие в течение 240 часов (10 дней).
Мониторинг процесса: вынимайте образец каждые 24 часа, охлаждайте его при комнатной температуре в течение 30 минут и проводите функциональную проверку при включении питания, чтобы определить наличие таких явлений, как растрескивание паяных соединений, карбонизация подложки и выход из строя компонентов.
Этап охлаждения: после завершения испытания охладите до комнатной температуры со скоростью 5 градусов в минуту, чтобы избежать повреждения от термического напряжения, вызванного внезапным охлаждением.
2. Ключевые точки наблюдения
Физическая характеристика: с помощью оптического микроскопа (50-200 раз) наблюдать, имеет ли подложка печатной платы изменение цвета, расслоение, а также наличие трещин или следов плавления припоя в паяных соединениях.
Свойства материала: используйте термомеханический анализатор для измерения изменения коэффициента теплового расширения (КТР) подложки. Если КТР увеличивается более чем на 20%, это может указывать на риск разрушения материала.
(2) Метод испытания динамической нагрузкой
1. Процесс тестирования
Нагрев нагрузки: Подключите электронную плату к аналоговой цепи нагрузки и нагрейте ее до 125 градусов со скоростью 3 градуса в минуту при включенном питании, поддерживая рабочий ток в 1,2 раза превышающий номинальный ток для имитации условий перегрузки.
Тест на работу при постоянной температуре:
Продолжительность: 100 часов интенсивного тестирования, в ходе которого такие параметры, как колебания напряжения и стабильность частоты, отслеживаются в-режиме реального времени.
Периодическое обнаружение сбоев: каждые 10 часов отключайте питание и охлаждайте до комнатной температуры, чтобы обнаружить периодические неисправности, вызванные циклическими изменениями температуры, такие как плохой контакт и скачки сигнала.
2. Индикаторы определения неисправности
Электрические характеристики: Если рабочее напряжение отклоняется от номинального значения на ±5% и задержка передачи сигнала увеличивается более чем на 15%, это расценивается как неисправность.
Тепловизионное обнаружение: используйте инфракрасный тепловизор (точность ± 2 градуса) для сканирования поверхности электронной платы. Если температура локальной горячей точки превышает 130 градусов и превышает расчетный порог в 5 градусов, необходимо проанализировать конструктивные дефекты рассеивания тепла.
3. Расширенное тестирование: термоциклирование и экстремальные испытания.
(1) Испытание на термический цикл (расширенная адаптация к высоким температурам)
Условия цикла: -40 градусов (30 минут) → 125 градусов (30 минут), скорость цикла 5 градусов в минуту, общее время цикла 50, имитируют температурный шок при запуске автомобиля.
Цель тестирования: рентгеновское излучение используется для обнаружения распространения микротрещин внутри паяного соединения, а ионная хроматография используется для анализа того, выделяет ли подложка коррозионные газы, такие как галогениды, при высоких температурах.
(2) Испытание на экстремальную температуру (для определения критического порога)
Постепенный нагрев: начиная со 100 градусов, повышайте температуру на 5 градусов каждые 2 часа, пока образец не выйдет из строя. Запишите критическую температуру, при которой происходит отказ, которая должна быть больше или равна 130 градусам с запасом прочности 10%.
Анализ режима отказа. Если отказ вызван утечкой электролита конденсатора, приоритет следует отдавать высоко-термостойким электролитическим конденсаторам, например изделиям с номинальным значением 135 градусов.
4. Оценка и отчетность о результатах испытаний.
(1) Обработка данных
Нарисуйте трехмерную-кривую «электрических параметров температуры и времени» и сравните тенденцию изменения параметров до и после испытаний.
Рассчитайте среднее время между отказами. Если среднее время безотказной работы при статических испытаниях превышает 1000 часов, считается, что устройство прошло проверку надежности.
(2) Содержание отчета
Основа тестирования: эталонные стандарты, такие как ISO16750-2, SAEJ1211, а также особые требования заказчика.
Пример информации: включая слои печатной платы, типы подложек, такие как FR-4, алюминиевая подложка и список компонентов.
Анализ неисправностей. Выполняйте локализацию неисправностей на-несоответствующих образцах, например сканирование поверхности излома паяных соединений с помощью СЭМ, и предлагайте предложения по улучшению, например увеличение площади рассеивания тепла медной фольгой и замену высоко-клеев.
Расположение термопар: термопары следует прикреплять к поверхности печатной платы непосредственно под силовыми устройствами, такими как микроконтроллеры и силовые чипы, чтобы обеспечить измерение фактической рабочей температуры.
С помощью вышеуказанных методов систематического тестирования надежность автомобильных электронных плат можно всесторонне оценить в среде 125 градусов, что обеспечивает научную основу для выбора, оптимизации конструкции и контроля качества массового производства.