Im Bereich der Automobilelektronik müssen elektronische Platinen Umgebungen mit hohen Temperaturen wie Motorräumen und Leistungsmodulen über einen langen Zeitraum standhalten. Daher ist die Prüfung der Hochtemperaturbeständigkeit bei 125 Grad ein wichtiger Schritt zur Überprüfung ihrer Zuverlässigkeit. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse der Hochtemperatur-Widerstandsprüfmethoden für Automobil-Elektronikplatinen, einschließlich Prüfprinzipien, Geräteauswahl, Betriebsverfahren und Ergebnisbewertung.
1, Vorbereitung vor dem Test: Umgebung und Probenvorbehandlung
(1) Einrichtung der Testumgebung
Auswahl einer Hochtemperatur-Testkammer
Es ist eine programmierbare Hochtemperatur-Alterungskammer mit einer Temperaturkontrollgenauigkeit von ± 1 Grad, einer Gleichmäßigkeit von weniger als oder gleich ± 2 Grad und einer Konstanttemperaturhaltekapazität von mindestens 125 Grad erforderlich. Beispielsweise kann eine Box mit Zwangsumwälzung der Heißluft gewählt werden, um eine gleichmäßige Erwärmung aller Bereiche der Elektronikplatine zu gewährleisten.
Überwachung der Gerätekonfiguration
In Kombination mit einem Mehrkanal-Temperaturrekorder wird das Thermoelement vom Typ K- verwendet, um die Temperatur wichtiger Punkte auf der Oberfläche der elektronischen Platine in Echtzeit zu überwachen, wie z. B. Komponentenstifte und PCB-Substratbereiche, mit einer Abtastfrequenz von mindestens einmal pro Minute.
(2) Probenvorbereitung und Vorbehandlung
Auswahl von Testmustern
Eine elektronische Platine muss vollständige Funktionsmodule mit mindestens drei parallelen Mustern enthalten und sicherstellen, dass die Muster den gesamten Prozess des Schweißens, der dreifachen Beschichtung usw. durchlaufen haben.
Erste Leistungstests
Vor dem Test muss die Probe einem voll funktionsfähigen Einschalttest unterzogen werden, bei dem wichtige elektrische Parameter wie Betriebsspannung, Strom, Signalübertragungsverzögerung usw. als Referenzdaten aufgezeichnet werden.
2, Kernprüfmethoden: konstante Temperaturbelastung und dynamische Belastungsprüfung
(1) Statisches Prüfverfahren bei konstanter Temperatur
1. Testprozess
Heizphase: Erhöhen Sie die Temperatur der Testkammer mit einer Geschwindigkeit von 5 Grad pro Minute auf 125 Grad, stabilisieren Sie sie 30 Minuten lang nach Erreichen der Zieltemperatur und stellen Sie sicher, dass die Probentemperatur mit der Temperatur im Inneren der Kammer übereinstimmt.
Haltephase bei konstanter Temperatur:
Standarddauer: Gemäß Standards der Automobilelektronikindustrie wie AEC-Q100 ist normalerweise eine kontinuierliche Exposition über 240 Stunden (10 Tage) erforderlich, um langfristige Einsatzszenarien bei hohen Temperaturen zu simulieren.
Prozessüberwachung: Nehmen Sie die Probe alle 24 Stunden heraus, kühlen Sie sie 30 Minuten lang auf Raumtemperatur ab und führen Sie einen Funktionstest beim Einschalten durch, um festzustellen, ob Phänomene wie Lötstellenrisse, Substratkarbonisierung und Komponentenversagen auftreten.
Abkühlphase: Nach Abschluss des Tests mit einer Geschwindigkeit von 5 Grad pro Minute auf Raumtemperatur abkühlen, um Schäden durch thermische Belastung durch plötzliches Abkühlen zu vermeiden.
2. Wichtige Beobachtungspunkte
Physikalische Charakterisierung: Beobachten Sie durch ein optisches Mikroskop (50–200 Mal), ob das PCB-Substrat Verfärbungen und Delaminationen aufweist und ob Risse oder Spuren von geschmolzenem Lot in den Lötstellen vorhanden sind.
Materialeigenschaften: Verwenden Sie einen thermomechanischen Analysator, um die Änderung des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) des Substrats zu messen. Wenn der WAK um mehr als 20 % ansteigt, kann dies auf die Gefahr eines Materialversagens hinweisen.
(2) Dynamische Belastungstestmethode
1. Testprozess
Lasterwärmung: Schließen Sie die Elektronikplatine an den analogen Lastkreis an und erhitzen Sie sie im eingeschalteten Zustand mit einer Geschwindigkeit von 3 Grad pro Minute auf 125 Grad. Dabei bleibt der Arbeitsstrom beim 1,2-fachen des Nennstroms, um Überlastbedingungen zu simulieren.
Betriebstest bei konstanter Temperatur:
Dauer: 100 Stunden intensives Testszenario, bei dem Parameter wie Spannungsschwankungen und Frequenzstabilität in Echtzeit überwacht werden.
Periodische Unterbrechungserkennung: Alle 10 Stunden das Gerät ausschalten und auf Raumtemperatur abkühlen lassen, um intermittierende Fehler zu erkennen, die durch thermische Zyklen verursacht werden, wie z. B. schlechter Kontakt und Signalsprünge.
2. Indikatoren zur Fehlerbestimmung
Elektrische Leistung: Weicht die Arbeitsspannung um ± 5 % vom Nennwert ab und erhöht sich die Signalübertragungsverzögerung um mehr als 15 %, wird dies als Ausfall gewertet.
Wärmebilderkennung: Verwenden Sie eine Infrarot-Wärmebildkamera (Genauigkeit ± 2 Grad), um die Oberfläche der elektronischen Platine zu scannen. Wenn die lokale Hot-Spot-Temperatur 130 Grad übersteigt und den Auslegungsschwellenwert von 5 Grad überschreitet, ist es notwendig, die Konstruktionsmängel bei der Wärmeableitung zu analysieren.
3, Erweiterte Tests: Temperaturwechsel und extreme Herausforderung
(1) Wärmezyklustest (erweiterte Hochtemperaturanpassungsfähigkeit)
Zyklusbedingungen: -40 Grad (30 Minuten) → 125 Grad (30 Minuten), Zyklusrate von 5 Grad/Minute, Gesamtzykluszeiten von 50, simulieren den Temperaturschock beim Starten und Stoppen eines Autos.
Prüfschwerpunkte: Röntgenstrahlen werden verwendet, um die Ausbreitung von Mikrorissen innerhalb der Lötstelle zu erkennen, und Ionenchromatographie wird verwendet, um zu analysieren, ob das Substrat bei hohen Temperaturen korrosive Gase wie Halogenide freisetzt.
(2) Extremtemperatur-Stufentest (zur Bestimmung der kritischen Schwelle)
Allmähliches Erhitzen: Beginnend bei 100 Grad erhöhen Sie die Temperatur alle 2 Stunden um 5 Grad, bis die Probe einen Funktionsausfall erfährt. Notieren Sie die kritische Temperatur, bei der ein Fehler auftritt. Sie sollte größer oder gleich 130 Grad sein, wobei eine Sicherheitsmarge von 10 % vorgesehen ist.
Fehlermodusanalyse: Wenn der Fehler durch ein Auslaufen von Kondensatorelektrolyt verursacht wird, sollten hochtemperaturbeständige Elektrolytkondensatoren Vorrang haben, beispielsweise Produkte mit einem Nennwert von 135 Grad.
4, Auswertung und Berichterstattung der Testergebnisse
(1) Datenverarbeitung
Zeichnen Sie eine dreidimensionale Kurve der „Zeit-Temperatur-elektrischen Parameter“ und vergleichen Sie den Trend der Parameteränderungen vor und nach dem Test.
Berechnen Sie die mittlere Zeit zwischen Ausfällen. Wenn die MTBF im statischen Test mehr als 1000 Stunden beträgt, gilt die Zuverlässigkeitsüberprüfung als bestanden.
(2) Inhalte melden
Testbasis: Referenzstandards wie ISO16750-2, SAEJ1211 und kundenspezifische Anforderungen.
Beispielinformationen: einschließlich PCB-Schichten, Substrattypen wie FR-4, Aluminiumsubstrat und Komponentenliste.
Fehleranalyse: Führen Sie eine Fehlerlokalisierung an nicht{0}konformen Proben durch, z. B. Scannen der Bruchfläche von Lötverbindungen mit REM, und schlagen Sie Verbesserungsvorschläge vor, z. B. die Vergrößerung der Wärmeableitungsfläche der Kupferfolie und den Austausch von Hochtemperaturklebstoffen.
Thermoelement-Layout: Thermoelemente sollten an der Oberfläche der Leiterplatte direkt unter Leistungsgeräten wie MCU und Leistungschips angebracht werden, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Arbeitstemperatur gemessen wird.
Durch die oben genannten systematischen Testmethoden kann die Zuverlässigkeit von Automobilelektronikplatinen in einer Umgebung von 125 Grad umfassend bewertet werden, was eine wissenschaftliche Grundlage für die Auswahl, Designoptimierung und Qualitätskontrolle der Massenproduktion bietet.