در زمینه الکترونیک خودرو، بردهای الکترونیکی باید در محیط های با دمای بالا مانند محفظه موتور و ماژول های قدرت برای مدت طولانی مقاومت کنند. بنابراین، آزمایش مقاومت در برابر دمای بالا در 125 درجه یک مرحله کلیدی در تأیید قابلیت اطمینان آنها است. در زیر تجزیه و تحلیل دقیقی از روش‌های تست مقاومت در برابر دمای بالا قابل اجرا در بردهای الکترونیکی خودرو، از جمله اصول آزمایش، انتخاب تجهیزات، روش‌های عملیاتی، و ارزیابی نتایج ارائه می‌شود.
1، آماده سازی قبل از آزمایش: محیط زیست و پیش تصفیه نمونه
(1) تنظیم محیط آزمایش
انتخاب اتاق تست دمای بالا
یک محفظه پیری با دمای بالا{0}}قابل برنامه ریزی، با دقت کنترل دما ± 1 درجه، یکنواختی کمتر یا مساوی ± 2 درجه، و ظرفیت نگهداری دمای ثابت حداقل 125 درجه مورد نیاز است. به عنوان مثال، یک جعبه با یک سیستم گردش هوای گرم اجباری را می توان برای اطمینان از گرمایش یکنواخت در تمام قسمت های برد الکترونیکی انتخاب کرد.
پیکربندی تجهیزات مانیتورینگ
ترموکوپل نوع K، همراه با یک ضبط کننده دمای چند کاناله-، برای نظارت بر دمای نقاط کلیدی روی سطح برد الکترونیکی به صورت بلادرنگ، مانند پین های اجزا و مناطق بستر PCB، با فرکانس نمونه برداری کمتر از یک بار در دقیقه استفاده می شود.
(2) آماده سازی نمونه و پیش تصفیه
انتخاب نمونه های آزمایشی
یک برد الکترونیکی باید شامل ماژول های عملکردی کامل، با حداقل 3 نمونه موازی باشد و اطمینان حاصل کند که نمونه ها کل فرآیند جوشکاری، سه پوشش پروف و غیره را تکمیل کرده اند.
تست عملکرد اولیه
قبل از آزمایش، نمونه باید تحت یک توان کاملاً کاربردی در آزمایش قرار گیرد و پارامترهای الکتریکی کلیدی مانند ولتاژ کار، جریان، تاخیر انتقال سیگنال و غیره را به عنوان داده مرجع ثبت کند.
2، روش های آزمایش هسته: قرار گرفتن در معرض دمای ثابت و آزمایش بار پویا
(1) روش تست دمای ثابت استاتیک
1. فرآیند تست
مرحله حرارت دادن: دمای محفظه آزمایش را با سرعت 5 درجه در دقیقه به 125 درجه برسانید، پس از رسیدن به دمای مورد نظر به مدت 30 دقیقه تثبیت کنید و اطمینان حاصل کنید که دمای نمونه با دمای داخل محفظه سازگار است.
مرحله نگهداری دمای ثابت:
مدت زمان استاندارد: طبق استانداردهای صنعت الکترونیک خودرو مانند AEC-Q100، معمولاً برای شبیه‌سازی سناریوهای خدمات طولانی‌مدت-در دمای بالا، نوردهی مداوم به مدت 240 ساعت (10 روز) مورد نیاز است.
نظارت بر فرآیند: نمونه را هر 24 ساعت خارج کنید، آن را به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق خنک کنید، و تست عملکرد روشن را انجام دهید تا مشاهده کنید که آیا پدیده هایی مانند ترک خوردگی اتصال لحیم کاری، کربن شدن زیرلایه و خرابی اجزا وجود دارد یا خیر.
مرحله خنک‌سازی: پس از اتمام آزمایش، دمای اتاق را با سرعت 5 درجه در دقیقه خنک کنید تا از آسیب‌های استرس حرارتی ناشی از سرد شدن ناگهانی جلوگیری کنید.
2. نکات کلیدی مشاهده
مشخصات فیزیکی: مشاهده کنید که آیا بستر PCB دارای تغییر رنگ، لایه لایه شدن، و آیا ترک یا آثار ذوب لحیم در اتصالات لحیم کاری از طریق میکروسکوپ نوری (50-200 بار) است یا خیر.
خواص مواد: از یک آنالایزر مکانیکی حرارتی برای اندازه گیری تغییر ضریب انبساط حرارتی (CTE) زیرلایه استفاده کنید. اگر CTE بیش از 20٪ افزایش یابد، ممکن است خطر خرابی مواد را نشان دهد.
(2) روش آزمایش بار دینامیکی
1. فرآیند تست
گرمایش بار: برد الکترونیکی را به مدار بار آنالوگ وصل کنید و آن را تا 125 درجه با سرعت 3 درجه در دقیقه در حالی که روشن است گرم کنید، جریان کار را 1.2 برابر جریان نامی برای شبیه سازی شرایط اضافه بار حفظ کنید.
تست عملکرد دمای ثابت:
مدت زمان: 100 ساعت سناریوی آزمایش فشرده، که در طی آن پارامترهایی مانند نوسانات ولتاژ و پایداری فرکانس در زمان واقعی نظارت می‌شوند.
تشخیص وقفه دوره ای: هر 10 ساعت یکبار خاموش کنید و تا دمای اتاق خنک کنید تا خطاهای متناوب ناشی از چرخه حرارتی، مانند تماس ضعیف و پرش سیگنال را شناسایی کنید.
2. شاخص های تعیین شکست
عملکرد الکتریکی: اگر ولتاژ کار از مقدار نامی ± 5٪ انحراف داشته باشد و تاخیر انتقال سیگنال بیش از 15٪ افزایش یابد، به عنوان خرابی در نظر گرفته می شود.
تشخیص تصویربرداری حرارتی: از یک تصویرگر حرارتی مادون قرمز (دقت 2± درجه) برای اسکن سطح برد الکترونیکی استفاده کنید. اگر دمای نقطه داغ محلی از 130 درجه بیشتر شود و از آستانه طراحی 5 درجه فراتر رود، لازم است عیوب طراحی اتلاف گرما را تجزیه و تحلیل کرد.
3، آزمایش پیشرفته: چرخه حرارتی و چالش شدید
(1) تست چرخه حرارتی (انطباق پذیری با دمای بالا)
شرایط چرخه: -40 درجه (30 دقیقه) → 125 درجه (30 دقیقه)، سرعت چرخه 5 درجه در دقیقه، کل زمان چرخه 50، شبیه سازی شوک دمایی توقف استارت ماشین.
تمرکز آزمایش: از اشعه ایکس- برای تشخیص انتشار ریزترک‌ها در داخل اتصال لحیم کاری استفاده می‌شود، و از کروماتوگرافی یونی برای تجزیه و تحلیل اینکه آیا بستر گازهای خورنده مانند هالیدها را در دماهای بالا آزاد می‌کند یا خیر استفاده می‌شود.
(2) آزمایش مرحله دمای شدید (برای تعیین آستانه بحرانی)
گرمایش تدریجی: با شروع از 100 درجه، هر 2 ساعت یکبار دما را 5 درجه افزایش دهید تا نمونه دچار شکست عملکردی شود. دمای بحرانی که در آن خرابی رخ می دهد، که باید بزرگتر یا مساوی 130 درجه باشد، با 10% حاشیه ایمنی ثبت کنید.
تجزیه و تحلیل حالت خرابی: اگر خرابی ناشی از نشت الکترولیت خازن باشد، خازن‌های الکترولیتی مقاوم در برابر دمای بالا باید در اولویت قرار گیرند، مانند محصولاتی با مقدار نامی 135 درجه.
4، ارزیابی و گزارش نتایج آزمون
(1) پردازش داده ها
منحنی سه بعدی -«پارامترهای الکتریکی دمای زمان» را رسم کنید و روند تغییرات پارامترها را قبل و بعد از آزمایش مقایسه کنید.
میانگین زمان بین خرابی ها را محاسبه کنید. اگر MTBF در تست استاتیک بیشتر از 1000 ساعت باشد، در نظر گرفته می‌شود که تأیید قابلیت اطمینان را پشت سر گذاشته است.
(2) گزارش محتوا
مبنای آزمایش: استانداردهای مرجع مانند ISO16750-2، SAEJ1211 و الزامات خاص مشتری.
اطلاعات نمونه: از جمله لایه های PCB، انواع بستر مانند FR-4، بستر آلومینیومی و لیست اجزا.
تجزیه و تحلیل شکست: محلی سازی شکست را بر روی نمونه های غیر منطبق انجام دهید، مانند اسکن سطح شکست اتصالات لحیم کاری با SEM، و پیشنهادات بهبودی، مانند افزایش مساحت فویل مسی اتلاف حرارت و جایگزینی چسب های با دمای بالا-.
چیدمان ترموکوپل: ترموکوپل ها باید مستقیماً در زیر دستگاه های برق مانند MCU و تراشه های برق به سطح PCB متصل شوند تا اطمینان حاصل شود که دمای واقعی کار اندازه گیری می شود.
از طریق روش های تست سیستماتیک فوق، قابلیت اطمینان بردهای الکترونیکی خودرو را می توان به طور جامع در محیطی 125 درجه ارزیابی کرد و زمینه علمی را برای انتخاب، بهینه سازی طراحی و کنترل کیفیت تولید انبوه فراهم کرد.