Nel campo dell'elettronica automobilistica, le schede elettroniche devono resistere a lungo ad ambienti ad alta temperatura come vani motore e moduli di potenza. Pertanto, il test di resistenza alle alte-temperature a 125 gradi è un passaggio fondamentale per verificarne l'affidabilità. Di seguito viene fornita un'analisi dettagliata dei metodi di test di resistenza alle alte-temperature applicabili alle schede elettroniche automobilistiche, inclusi i principi di test, la selezione delle apparecchiature, le procedure operative e la valutazione dei risultati.
1, Preparazione prima del test: ambiente e pretrattamento del campione
(1) Configurazione dell'ambiente di test
Selezione della camera di prova ad alta temperatura
È necessaria una camera di invecchiamento programmabile ad alta-temperatura, con precisione di controllo della temperatura di ± 1 grado, uniformità inferiore o uguale a ± 2 gradi e una capacità di mantenimento della temperatura costante di almeno 125 gradi. Si può scegliere, ad esempio, un box con sistema di circolazione forzata dell'aria calda per garantire un riscaldamento uniforme in tutte le zone della scheda elettronica.
Configurazione delle apparecchiature di monitoraggio
Abbinata a un registratore di temperatura multi-canale, la termocoppia di tipo K- viene utilizzata per monitorare in tempo reale la temperatura dei punti chiave sulla superficie della scheda elettronica, come i pin dei componenti e le aree del substrato del PCB, con una frequenza di campionamento non inferiore a una volta al minuto.
(2) Preparazione e pretrattamento del campione
Selezione dei campioni di prova
Una scheda elettronica deve includere moduli funzionali completi, con almeno 3 campioni paralleli, e garantire che i campioni abbiano completato l'intero processo di saldatura, rivestimento a tre prove, ecc.
Test iniziali delle prestazioni
Prima del test, il campione deve essere sottoposto a un test di accensione completamente funzionale, registrando parametri elettrici chiave come tensione operativa, corrente, ritardo di trasmissione del segnale, ecc. come dati di riferimento.
2, metodi di test principali: esposizione a temperatura costante e test di carico dinamico
(1) Metodo di prova a temperatura costante statica
1. Processo di test
Fase di riscaldamento: aumentare la temperatura della camera di test a 125 gradi a una velocità di 5 gradi/min, stabilizzarla per 30 minuti dopo aver raggiunto la temperatura target e assicurarsi che la temperatura del campione sia coerente con la temperatura all'interno della camera.
Fase di mantenimento della temperatura costante:
Durata standard: secondo gli standard del settore dell'elettronica automobilistica come AEC-Q100, è generalmente necessaria un'esposizione continua per 240 ore (10 giorni) per simulare scenari di servizio a lungo-termine ad alta-temperatura.
Monitoraggio del processo: estrarre il campione ogni 24 ore, raffreddarlo a temperatura ambiente per 30 minuti ed eseguire un test di funzionamento all'accensione per osservare se si verificano fenomeni come rottura del giunto di saldatura, carbonizzazione del substrato e guasto dei componenti.
Fase di raffreddamento: una volta completato il test, raffreddare a temperatura ambiente a una velocità di 5 gradi/min per evitare danni da stress termico causati da un raffreddamento improvviso.
2. Punti chiave di osservazione
Caratterizzazione fisica: osservare se il substrato del PCB presenta scolorimento, delaminazione e se sono presenti crepe o tracce di fusione della saldatura nei giunti di saldatura attraverso un microscopio ottico (50-200 volte).
Proprietà del materiale: utilizzare un analizzatore termomeccanico per misurare la variazione del coefficiente di dilatazione termica (CTE) del substrato. Se il CTE aumenta di oltre il 20%, potrebbe indicare un rischio di guasto del materiale.
(2) Metodo di prova del carico dinamico
1. Processo di test
Riscaldamento del carico: collegare la scheda elettronica al circuito di carico analogico e riscaldarla fino a 125 gradi a una velocità di 3 gradi/min mentre è accesa, mantenendo la corrente di lavoro a 1,2 volte la corrente nominale per simulare condizioni di sovraccarico.
Test di funzionamento a temperatura costante:
Durata: 100 ore di scenario di test intensivo, durante il quale parametri come le fluttuazioni di tensione e la stabilità della frequenza vengono monitorati in tempo reale-.
Rilevamento interruzioni periodiche: ogni 10 ore, spegnere e raffreddare a temperatura ambiente per rilevare guasti intermittenti causati da cicli termici, come scarso contatto e salti di segnale.
2. Indicatori di determinazione del guasto
Prestazioni elettriche: se la tensione di lavoro si discosta dal valore nominale di ± 5% e il ritardo di trasmissione del segnale aumenta di oltre il 15%, viene considerato un guasto.
Rilevamento di immagini termiche: utilizzare una termocamera a infrarossi (precisione ± 2 gradi) per scansionare la superficie della scheda elettronica. Se la temperatura del punto caldo locale supera i 130 gradi e supera la soglia di progettazione di 5 gradi, è necessario analizzare i difetti di progettazione della dissipazione del calore.
3, Test avanzati: ciclismo termico e sfida estrema
(1) Test del ciclo termico (adattabilità estesa alle alte temperature)
Condizioni del ciclo: -40 gradi (30 minuti) → 125 gradi (30 minuti), velocità del ciclo di 5 gradi/min, tempi di ciclo totali di 50, simula lo shock termico dell'avvio e dell'arresto dell'auto.
Obiettivo del test: i raggi X- vengono utilizzati per rilevare la propagazione di microfessure all'interno del giunto di saldatura e la cromatografia ionica viene utilizzata per analizzare se il substrato rilascia gas corrosivi come gli alogenuri ad alte temperature.
(2) Test a gradino a temperatura estrema (per determinare la soglia critica)
Riscaldamento graduale: a partire da 100 gradi, aumentare la temperatura di 5 gradi ogni 2 ore fino a quando il campione non presenta un guasto funzionale. Registrare la temperatura critica alla quale si verifica il guasto, che dovrebbe essere maggiore o uguale a 130 gradi, con un margine di sicurezza riservato del 10%.
Analisi della modalità di guasto: se il guasto è causato da una perdita di elettrolita del condensatore, è necessario dare la priorità ai condensatori elettrolitici resistenti alle alte-temperature, come i prodotti con un valore nominale di 135 gradi.
4, Valutazione e comunicazione dei risultati dei test
(1) Elaborazione dei dati
Disegna una curva tridimensionale-di "parametri elettrici tempo-temperatura" e confronta l'andamento delle modifiche dei parametri prima e dopo il test.
Calcolare il tempo medio tra i guasti. Se l'MTBF nei test statici è superiore a 1000 ore, si ritiene che abbia superato la verifica di affidabilità.
(2) Segnalare il contenuto
Base del test: standard di riferimento come ISO16750-2, SAEJ1211 e requisiti specifici del cliente.
Informazioni sul campione: inclusi strati PCB, tipi di substrato come FR-4, substrato di alluminio ed elenco dei componenti.
Analisi dei guasti: esegui la localizzazione dei guasti su campioni non-conformi, ad esempio scansionando la superficie di frattura dei giunti di saldatura con SEM, e proponi suggerimenti di miglioramento, come l'aumento dell'area del foglio di rame di dissipazione del calore e la sostituzione degli adesivi ad alta-temperatura.
Disposizione della termocoppia: le termocoppie devono essere collegate alla superficie del PCB direttamente sotto i dispositivi di potenza come MCU e chip di potenza per garantire che venga misurata la temperatura di lavoro effettiva.
Attraverso i metodi di test sistematici di cui sopra, l'affidabilità delle schede elettroniche automobilistiche può essere valutata in modo completo in un ambiente di 125 gradi, fornendo basi scientifiche per la selezione, l'ottimizzazione del design e il controllo di qualità della produzione di massa.