一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法技术

本发明专利技术公开了一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，涉及PCB检测领域，该方法包括：对机载电子控制器内部的PCB进行失效机理分析，失效机理包括热致失效和机械致失效；设计PCB的工作环境随时间变化的关系；将PCB置于试验装置中，根据PCB的工作环境和PCB的失效机理，采用高低温循环与振动叠加的综合环境应力进行PCB故障快速激发试验；试验装置包括依次相连的HALT试验箱、环境测试动态数据采集系统和计算机；验证PCB的物理性能、电气性能以及内部结构的完整性。该方法可以快速激发机载电子控制器用PCB的故障模式，而且在线监测可以及时发现故障缺陷而终止，节省试验时间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法


[0001]本专利技术涉及PCB检测领域，尤其是一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法。

技术介绍

[0002]电子控制器的单点故障不能引起发动机系统的功能安全性问题是电子控制器设计的基本要求。承载电子控制器功能的电路板系统主要包括电子元器件和印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，其中PCB作为电子元器件的互连载体，它存在高密度、多层化的特点。PCB因制造上的复杂性、材料上的多样性等多种因素，失效现象呈现上升趋势，如爆板、分层、开裂及绝缘失效等，该类故障可能会引起电子控制器的共因故障，甚至导致关键电路的功能丧失，从而发生安全性事故。
[0003]目前，在发动机电子控制器内部的特定场景下，对PCB的可靠性普遍采用控制器整机级的可靠性试验进行验证，但由于对机载数字电子控制用PCB的失效模式及失效机理的认识不完整、应力剖面设计不合理，故该类型试验很难真正激发出PCB的故障模式，且试验周期较长。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，通过对PCB在特定使用环境下的失效模式和失效机理的研究，设计合适的试验和验证方案，可以快速激发机载电子控制器用PCB的故障模式，降低试验成本，同时可以找到PCB设计的薄弱环节，进而可以在设计上加以改进，为提升产品的安全可靠性设计提供数据支撑。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，包括如下步骤：
[0007]对机载电子控制器内部的PCB进行失效机理分析，失效机理包括热致失效和机械致失效；
[0008]设计PCB的工作环境随时间变化的关系；
[0009]将PCB置于试验装置中，根据PCB的工作环境和PCB的失效机理，采用高低温循环与振动叠加的综合环境应力进行PCB故障快速激发试验；试验装置包括依次相连的HALT试验箱、环境测试动态数据采集系统和计算机；
[0010]验证PCB的物理性能、电气性能以及内部结构的完整性。
[0011]其进一步的技术方案为，对机载电子控制器内部的PCB进行失效机理分析，包括：
[0012]确定机载电子控制器的工作环境为：整机环境温度为150℃，工作环境最低温度为
‑
40℃，最高温度为150℃，历时480min，振动最大值为30grms；
[0013]在PCB上装热电偶放在HALT试验箱中模拟实际工作环境进行升降温操作，测得PCB板面工作时的最高温度为125℃；
[0014]则PCB的失效机理符合热致失效和机械致失效的特征，表现为由热循环和振动耦合因素导致的材料疲劳失效，失效模式主要为金属化镀覆孔和导线断裂、分层。
[0015]其进一步的技术方案为，设计PCB的工作环境随时间变化的关系，包括：
[0016]根据机载电子控制器的工作环境结合实际测试数据，获得PCB的工作环境为：PCB板面工作时的最低温度为
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40℃，PCB板面工作时的最高温度为125℃，温变速率为2.4℃/min。
[0017]其进一步的技术方案为，将PCB置于试验装置中，根据PCB的工作环境和PCB的失效机理，采用高低温循环与振动叠加的综合环境应力进行PCB故障快速激发试验，包括：
[0018]确定PCB的关键参数，将PCB通过工装夹具固定于HALT试验箱中；
[0019]连接HALT试验箱与环境测试动态数据采集系统的测试电缆，并布置温度传感器和振动传感器，温度传感器布置于PCB的表面，并用胶带固定，用于监测PCB表面温度；振动传感器布置于工装夹具表面，磁吸底座固定，用于监测传递到PCB的振动值大小；
[0020]设置HALT试验箱的温度变化范围、温度循环周期、温度变化速率、最高温和最低温预设停留时间、振动范围、振动预设增量值和试验终止条件，试验终止条件为PCB失效或完成温度循环周期，失效模式表现为孔铜完全开裂、导线断裂或孔铜出现微裂纹均导致网络互连电阻变化率超过电阻变化率失效阈值；
[0021]向PCB施加综合环境应力，并通过环境测试动态数据采集系统全程监测PCB网络互连电阻变化率；
[0022]判断PCB网络互连电阻变化率是否超过电阻变化率失效阈值，若超过则恢复至初始综合环境应力，并进入判断PCB网络互连电阻变化率是否恢复正常的步骤；否则进入判断是否完成温度循环周期的步骤；
[0023]判断PCB网络互连电阻变化率是否恢复正常，若恢复正常则分析PCB的薄弱点并作为关注点，对关注点进行重点监控，并重新执行向PCB施加综合环境应力的步骤；否则进入判断是否能进行现场修复的步骤；
[0024]判断是否能进行现场修复，若能则进行现场修复，并执行对关注点进行重点监控的步骤；否则确定PCB失效，结束试验；
[0025]判断是否完成温度循环周期，若是则进入结束试验的步骤，否则重新执行向PCB施加综合环境应力的步骤。
[0026]其进一步的技术方案为，向PCB施加综合环境应力，包括：
[0027]初始综合环境应力为：以常温作为高低温循环的开始，同时叠加最低振动值；
[0028]从常温逐渐变化至最低温度并停留预设时间后，再从最低温度逐渐变化至最高温度并停留预设时间，以此过程作为一个高低温循环，重复从最高温度变化至最低温度并停留预设时间的步骤，直至PCB失效或完成温度循环数；
[0029]同时每经历一个高低温循环，振动增加预设增量值直至达到振动范围的最高振动值。
[0030]其进一步的技术方案为，验证PCB的物理性能，包括：
[0031]物理性能包括外形状态、阻焊膜颜色与状态，采用目视或测量仪考核试验后PCB的翘曲度、阻焊膜颜色与状态是否满足标准要求，以验证试验后PCB是否失效；
[0032]测量仪包括放大镜。
[0033]其进一步的技术方案为，验证PCB的电气性能，包括：
[0034]电气性能包括网络连通性和阻抗值；
[0035]对于网络连通性，通过环境测试动态数据采集系统在线监测电阻变化率是否超过电阻变化率失效阈值，以验证试验后PCB是否失效；
[0036]对于阻抗值，采用阻抗测试仪检测试验前后的阻抗值变化率是否超过阻抗值变化率失效阈值，以验证试验后PCB是否失效。
[0037]其进一步的技术方案为，验证PCB的内部结构的完整性，包括：
[0038]对试验后PCB进行显微剖切，并观察内层网络以及金属化镀覆孔是否出现开路、断裂或分层的情况，以验证试验后PCB是否失效。
[0039]其进一步的技术方案为，PCB的关键参数包括：
[0040]PCB的Tg值大于170℃，层数不小于12层，孔径不大于10mil，金属化镀覆孔的孔数为5组，且每组不少于2个，线宽不大于4.0mil，线间距不大于5.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，其特征在于，所述方法包括：对机载电子控制器内部的PCB进行失效机理分析，所述失效机理包括热致失效和机械致失效；设计所述PCB的工作环境随时间变化的关系；将所述PCB置于试验装置中，根据所述PCB的工作环境和PCB的失效机理，采用高低温循环与振动叠加的综合环境应力进行PCB故障快速激发试验；所述试验装置包括依次相连的HALT试验箱、环境测试动态数据采集系统和计算机；验证所述PCB的物理性能、电气性能以及内部结构的完整性。2.根据权利要求1所述的机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，其特征在于，所述对机载电子控制器内部的PCB进行失效机理分析，包括：确定机载电子控制器的工作环境为：整机环境温度为150℃，工作环境最低温度为
‑
40℃，最高温度为150℃，历时480min，振动最大值为30grms；在所述PCB上装热电偶放在所述HALT试验箱中模拟实际工作环境进行升降温操作，测得PCB板面工作时的最高温度为125℃；则所述PCB的失效机理符合所述热致失效和机械致失效的特征，表现为由热循环和振动耦合因素导致的材料疲劳失效，失效模式主要为金属化镀覆孔和导线断裂、分层。3.根据权利要求2所述的机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，其特征在于，所述设计所述PCB的工作环境随时间变化的关系，包括：根据所述机载电子控制器的工作环境结合实际测试数据，获得所述PCB的工作环境为：PCB板面工作时的最低温度为
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40℃，PCB板面工作时的最高温度为125℃，温变速率为2.4℃/min。4.根据权利要求1所述的机载电子控制器用PCB故障快速激发与验证的方法，其特征在于，所述将所述PCB置于试验装置中，根据所述PCB的工作环境和PCB的失效机理，采用高低温循环与振动叠加的综合环境应力进行PCB故障快速激发试验，包括：确定所述PCB的关键参数，将所述PCB通过工装夹具固定于所述HALT试验箱中；连接所述HALT试验箱与环境测试动态数据采集系统的测试电缆，并布置温度传感器和振动传感器，所述温度传感器布置于所述PCB的表面，并用胶带固定，用于监测PCB表面温度；所述振动传感器布置于工装夹具表面，磁吸底座固定，用于监测传递到所述PCB的振动值大小；设置所述HALT试验箱的温度变化范围、温度循环周期、温度变化速率、最高温和最低温预设停留时间、振动范围、振动预设增量值和试验终止条件，所述试验终止条件为所述PCB失效或完成所述温度循环周期，失效模式表现为孔铜完全开裂、导线断裂或孔铜出现微裂纹均导致网络互连电阻变化率超过电阻变化率失效阈值；向所述PCB施加综合环境应力，并通过所述环境测试动态数据采集系统全程监测PCB网络互连电阻变化率；判断所述PCB网络互连电阻变化率是否超过所述电阻变化率失效阈值，若超过则恢复至初始综合环境应力，并进入判断所述PCB网络互连电阻变化率是否恢复正常的步骤；否则进入判断是否完成所述温度循环周期的步骤；
判断所述PCB...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾建，赵化关，唐鹏，张静，彭辉，袁振宇，
申请(专利权)人：无锡市同步电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：