印制電路板誘發氣候環境試驗方法研究

李長虹，胡湘洪,王春輝

?

印制電路板誘發氣候環境試驗方法研究

李長虹1,2,3，胡湘洪1,2,3,王春輝1,2,3

（1.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2.廣州市電子信息產品可靠性與環境工程中心重點實驗室，廣州 510610；3.廣東省電子信息產品可靠性與環境工程技術研究開發中心，廣州 510610）

為提升裝備環境適應性設計水平，開展了印制電路板誘發氣候環境試驗方法研究。規定了電子設備印制電路板誘發氣候環境試驗的設備、儀器、樣品、過程及評價等內容。適用于指導開展電子設備印制電路板誘發氣候環境試驗與制定評價規程。該試驗方法在經過不斷改進與完善后，將成為電子行業基礎的的試驗與評價技術規范。

印制電路板；誘發氣候環境；試驗與評價

印制電路板是指以絕緣材料板為基材，通過在其上附有經過蝕刻與布孔處理后形成的導電圖形，實現電子設備元器件之間的相互連接，用來替代傳統設備底盤的電子部件。在現代電子設備中，印制電路板作為各種電子元器件的支持體與連接通路，是最重要的電子部件之一。電子設備印制電路板的誘發氣候環境，是指印制電路板安裝在某種設備平臺后所處的局部環境條件。根據GJB 4239的定義[1]，設備所受到的平臺環境條件會因局部環境控制系統的誘發而改變，再考慮到印制電路板一般安裝于較為封閉的系統體系內，這種局部的誘發氣候環境條件會與平臺外部的自然氣候環境條件可能有較大差別[2-3]。

隨著我國近年來的軍事變革和作戰模式的變化，裝備的使用范圍日益擴展，導致其內部誘發氣候環境日趨復雜。如果在設計階段防護措施考慮不周，印制板上各種元器件、電路以及基材本身，在使用階段就會因各種復雜嚴酷的誘發氣候環境影響，產生各種故障導致設備失效，從而影響裝備的戰備完好性和作戰效能。因此，為了保證我軍各型裝備在各種氣候區域工作時的安全可靠，保證其具備良好的環境適應能力，開展印制電路板誘發氣候環境試驗方法研究，是提升我國裝備環境適應性設計水平必不可少的工作內容之一。

1 設備

1.1 試驗設備

印制電路板誘發氣候環境試驗設備，主要由各種模擬安裝平臺（以各種通風式與封閉式機箱為模擬對象）構成。其中，對于安置在室內的設備而言，由于使用環境相對良好，因此采用防滴式通風機箱居多[4]。為保證散熱良好，其側面與底部一般開有通風孔或百葉窗[5]。該類型機箱的模擬安裝平臺制備如圖1所示。

對于安裝在室外的設備而言，由于使用環境相對惡劣，因此采用防濺式封閉機箱居多。該類機箱箱體外殼能防止任何方向的濺水進入內部，并且不允許有通風孔或其他開孔。尤其是對于防水要求較高的設備，其蓋門一般都要求采用橡膠襯墊進行密封處理。該類型機箱的模擬安裝平臺制備如圖2所示。

圖1 通風機箱與樣品框架

圖2 封閉機箱與樣品框架

1.2 測試設備

印制電路板所處誘發氣候環境，是指裝備內部受外部自然氣候環境影響而產生的局部氣候環境。其中，根據多年的研究經驗，以溫度、濕度、鹽霧以及霉菌對印制電路板的影響最為顯著。其主要測試設備包括溫濕度記錄儀、分光光度計、離子色譜儀、電子天平等，詳細要求可參見表1。

表1 誘發氣候環境監測設備要求

2 試驗程序

2.1 試驗樣品準備

試驗樣品可分為A類試驗樣品（專門制備的材料和工藝標準試驗樣品）與B類試驗樣品（實物產品）。其中，A類試驗樣品可分為電氣性能試驗樣品、剝離強度試驗樣品、非支撐孔與表面安裝盤粘合強度試驗樣品以及基材性能試驗樣品，樣品規格設計可按如圖3所示[6-11]。

2.2 試驗過程

2.2.1 初始檢測

試驗前，應根據試驗樣品種類及檢測項目要求進行外觀、力學性能、電性能等原始數據檢測，其中：A類樣品中，電氣性能試驗樣品的連通性初始測試可參照GB/T 4677—2002 6.22中的有關要求進行[12]；A類樣品中，電氣性能試驗樣品的非連通性初始測試可參照GB/T 4677—2002 6.21中的有關要求進行；A類樣品中，電氣性能試驗樣品的介質耐壓性能初始測試可參照GJB 362A—96 方法301中的有關要求進行[13]；A類樣品中，剝離強度試驗樣品初始測試可參照GB/T 4677—2002 7.1.1中的有關要求進行[14-15]；A類樣品中，非支撐孔與表面安裝盤粘合強度試驗樣品初始測試可參照GB/T 4677—2002 9.2.4與GJB 362B 4.8.5.4.1及其附錄A中的有關要求進行；A類樣品中，基材性能試驗樣品的弓曲和扭曲性能可參照GB/T 4677—2002 7.3中的有關要求進行；A類樣品中，基材性能試驗樣品的CTI（相比耐電痕化指數）性能可參照GB/T 4207—2012中的有關要求進行；B類試驗樣品的初試根據委托方的相關技術要求進行檢測。

圖3 A類試驗樣品設計

2.2.2 試驗樣品安裝

根據試驗箱的種類，按下列規定進行安裝：戶室外與室內封閉試驗箱內樣品，將測試面朝上平放在樣品框架上，用塑料線進行固定；室內通風試驗箱內樣品，將其掉掛在樣品框架上，用塑料線進行固定。

2.2.3 中間檢測

試驗期間，應按照試驗大綱或研究方案的要求，根據規定的檢測周期進行試驗樣品外觀及性能的檢測，具體測試要求可參考本方法第2.2.1節。

2.2.4 試驗中斷

由于自然災害等不可抗力，造成試驗條件無法滿足試驗要求時，試驗應主動中斷。待試驗條件正常后，及時恢復試驗。試驗中斷的時間應在試驗報告中注明。

2.2.5 試驗終止

試驗終止一般應滿足下列條件之一：達到預定的試驗周期；性能檢測結果不符合本標準附錄D推薦的評價指標范圍或超出其它預先約定的范圍；試驗樣品已損壞，無法滿足性能檢測要求；不能滿足安全要求，或存在不可控的安全隱患；因不可抗力，無法正常試驗；標準和技術文件規定的其它終止判據。

2.2.6 最終檢測

試驗期滿，應對試驗樣品作最后檢測，具體測試要求可參考本方法第2.2.1節。如果試驗期未滿，試驗樣品的某種性能檢測值不符合規定評價指標范圍，則本次檢測應作為最終檢測。

3 試驗結果評價

試驗過程中應及時對各類檢測數據進行分析處理，并按試驗大綱或研究方案的要求進行結果表述與評價，并應用一些約定的圖表形式清晰描述主要性能的變化趨勢。A類試驗樣品的各種性能檢測值的評價標準，可參見表2所推薦的評價指標。

表2 A類試驗樣品性能評價指標推薦

若發生試驗樣品的某種性能檢測值不符合表2推薦的評價指標范圍，則分析影響試驗樣品失效或產生故障的主要原因，并給出試驗結論。B類試驗樣品的各種性能檢測值的評價標準一般根據委托方的相關技術要求制定。

4 結語

該試驗方法在經過不斷改進與修訂后，將成為今后電子行業設計部門，開展電子設備印制電路板材料與防護工藝環境適應性優選與驗證，研究印制電路板在誘發氣候環境中的變化規律，進行誘發氣候環境中電子設備印制電路板失效原因分析，以及開展其他服役或在研裝備相關問題專項研究時,基礎的、有實際指導性的試驗與評價技術規范之一。

[1] GJB 4239—2001, 裝備環境工程[S].

[2] MIL-STD-810G, Test Method Standard for Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests[S].

[3] DEF STAN00-35, 第三部分《環境試驗方法》[S].

[4] GJB 747—89, 艦船電氣設備外殼基本技術要求[S].

[5] 肖澤, 李亞政, 張軍濤. 國外海軍艦船裝備環境試驗軍用標準分析[J]. 裝備環境工程, 2010, 7(6): 46-48.

[6] IPC TM-650, Test Methods Manual[S].

[7] IPC-6012, 剛性印制板的資格認證與性能規范[S].

[8] GJB 362B—2009, 剛性印制板通用規范[S].

[9] GJB 4057—2000, 軍用電子設備印制電路板設計要求[S].

[10] GJB 2142—1994, 印制線路板用覆金屬箔層壓板總規范[S].

[11] GJB 1651—1993, 印制電路用覆金屬箔層壓板試驗方法[S].

[12] GB 4677—2002, 印制板測試方法方法[S].

[13] GJB 362A—96, 剛性印制板通用規范[S].

[14] 張家高. PCB基板剝離強度探究[J]. 印制電路信息, 2000(5): 36-39.

[15] 吳杰. 印制線路板剝離強度測試方法及裝置研究[J].科技傳播, 2011, 24: 23-26.

Induced Climate Environmental Test Methods for Printed Board

LI Chang-hong,HU Xiang-hong,WANG Chun-hui

(1.CEPREI, Guangzhou 510610;2.Guangzhou Key Laboratory of Electronic Information Product Reliability and Environmental Engineering Center, Guangzhou510610, China;3.Guangdong Provincial Research Center of Electronic Information Products Reliability and Environment Engineering Technology, Guangzhou 510610, China)

To improve environmental worthiness level of materiel, methods for induced climate environmental test of printed board were researched. Equipment, instrument, sample, process and estimate of induced climate environmental test for printed board were stipulated. It is applicable to supervise development of induced climate environmental test for printed board and establishment of estimate rule. The methods will become test and estimate basic rules of electron industry by incessant improvement.

printed board; induced climate environmental; test and estimate

10.7643/ issn.1672-9242.2017.12.012

TN41

A

1672-9242(2017)12-0061-04

2017-07-27；

2017-08-27

李長虹（1975—），男，貴州貴陽人，碩士，主要研究方向為裝備環境工程