印制電路板海洋環境試驗與實驗室環境試驗相關性研究

劉成臣，張洪彬，趙連紅，金濤，王浩偉

（1.中國特種飛行器研究所 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，湖北 荊門 448035；2.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 440106）

飛機在海洋環境下服役時長期受高溫、高濕、高鹽環境因素的影響。印制電路板作為機載電子裝備的關鍵部件一般處于內部環境，鹽霧和濕氣一旦進入，將不易散出，會長期對印制電路板產生作用，導致電路板發生腐蝕，而電路板一個小小的腐蝕都可能使整個設備癱瘓[1-6]。隨著我國飛機在南海布局，對機載電子設備印制電路板的環境適應性提出了更高的要求。飛機壽命一般在30年左右，在自然環境下評估印制電路板的環境適應性需要很長的周期，無法滿足工程研制需求，因此必須采用加速試驗的方法，以期在短時間內達到評估飛機服役若干年后印制電路板的性能，而建立加速試驗和自然環境試驗之間的相關性是評估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域環境開展了兩種典型機載電子設備印制電路板的棚下暴露試驗和實驗室鹽霧試驗，通過絕緣電阻、品質因數測試結果，研究了兩種試驗環境的相關性。

1 試驗件

印制電路板試驗件采用平板試樣，試驗件尺寸為76 mm×38 mm，如圖1所示，其材料清單及特性見表1。

表1 印制電路板試驗件清單

2 自然環境試驗

西沙永興島自然暴露試驗站，屬于典型的熱帶海洋性氣候，具有高溫、高濕、強輻射且日照時間長、高鹽霧的氣候特點，環境數據見表2。較適用于各類機載設備印制電路板對海洋環境適應性的考核。采用棚下暴露的方式進行試驗，檢測周期為初始，6，12，18，24，30，36個月，每次檢測 3件，檢測數據見表 3。

3 實驗室加速試驗

影響印制電路板腐蝕的環境因素包括溫度、濕度、鹽霧等，其中鹽霧對印制電路板的影響最為顯著。鹽霧附在印制電路板涂層表面后，小體積的氯離子容易穿透印制電路板防護涂層中的微孔，并滲透到覆銅箔的印制電路層，引起材料的老化和電子電路金屬物的腐蝕。因此選用鹽霧試驗作為其加速腐蝕試驗方法，試驗條件參考GJB1 50.11A—2009《軍用設備實驗室環境試驗方法鹽霧試驗》，試驗條件：試驗溫度為（35±2）℃，鹽溶液質量分數為 5%±1%，鹽溶液pH 值為 6.5～7.2，鹽霧沉降率為（1.0～2.0）mL/(80 cm2·h)；噴霧方式為連續。檢測數據見表4。

表2 西沙年均環境數據

表3 暴露試驗樣品性能檢測數據

表4 加速試驗樣品性能檢測數據

4 相關性評價

為了準確獲知兩種環境的相關性，從相關度和加速性兩個方面進行表征，其中相關度采用了秩相關系數法。秩相關系數R越接近1，相關度越好，即兩種試驗方法對材料的影響規律是基本一致的，相關度的判斷見表5。加速性以絕緣電阻、品質因數的變化量為指標。

表5 相關度的判斷

4.1 以絕緣電阻為基準

以絕緣電阻為基準，實驗室加速試驗和自然暴露試驗的相關度計算見表6。

由表6可看出，PCB1、PCB2樣品實驗室加速試驗和自然暴露試驗的秩相關系數均為1.00，為極強相關，說明以絕緣電阻為基準評價實驗室加速試驗和自然暴露試驗相關強度為極強相關。

4.2 以品質因數為基準

以品質因數為基準，實驗室加速試驗和自然暴露試驗的相關度計算見表7。

由表7可看出，PCB1、PCB2樣品實驗室加速試驗和自然暴露試驗的秩相關系數均為 0.80，為強相關，說明以品質因數基準為評價實驗室加速試驗和自然暴露試驗相關強度為強相關。

綜合表6和表7，可以認為電子設備印制電路板西沙環境試驗與實驗室鹽霧試驗兩者之間為強相關。

4.3 加速性評價

本項目以絕緣電阻和品質因數的變化量為基準進行加速性評價，評價結果見表8。

表6 以絕緣電阻為基準的相關度評價

表7 以品質因數為基準的相關度評價

表8 加速性評價

由表8可知，以絕緣電阻為基準，得出PCB1、PCB2樣品實驗室加速試驗的加速系數分別為 2.5、3.3；以品質因數變化為基準，得出PCB1、PCB2的加速系數分別為4.5、7，平均加速系數為3.5、5.15，說明該實驗室加速試驗方案對PCB2的加速效果更加明顯。

5 結論

1）通過秩相關系數法說明了電子設備印制電路板西沙環境試驗與實驗室鹽霧試驗兩者之間的強相關性。

2）以絕緣電阻和品質因數的變化程度為基準評價得出實驗室加速試驗方法對 PCB1、PCB2樣品的加速系數為 3.5，5.15。可為后續西沙環境試驗的加速處理提供依據。

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