PCB板做环境试验的失效机理

PCB板做环境试验的失效机理

PCB板中温湿度测试

2008/11/25

一、PCB板中温湿度测试

综合试验箱由制冷系统、加热系统、控制系统、湿度系统、空气循环系统和传感器系统等组成，系统方框图如图7-2所示，所述系统分属电气和机械制冷两大方面。下面简单介绍几个主要系统的工作原理和工作过程。

1. 制冷系统

制冷系统是综合试验箱的关键部分之一。一般来说，综合试验箱的制冷方式都是机械制冷以及辅助液氮制冷。机械制冷采用蒸气压缩式制冷，该制冷方式是人工制冷中应用广泛而又经济的制冷方式之一。蒸气压缩式制冷型式有：

（1）单级制冷；

（2）多级制冷；

（3）复合式制冷。

蒸气压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器组成。由于试验时的温度低温要达到-50℃，单级制冷难以满足要求，因此综合试验箱的制冷方式一般采用复合式制冷。

2 加热系统

综合试验箱的加热系统相对制冷系统而言，是比较简单的。它主要由大功率电阻丝组成。由于综合试验箱要求的升温速率较大（一般都要求在上升2℃/min），因此综合试验箱的加热系统功率都比较大。

3 控制系统

控制部分是综合试验箱的核心，它决定了试验箱的升降温速率、精度等重要指标。现有综合试验箱的

控制器大都采用PID控制，也有少部分采用PID与模糊控制相结合的控制方式。

4 湿度系统

湿度系统分为加湿和除湿两个子系统。

综合试验箱的加湿方式一般采用蒸气加湿法，即在试验箱内直接用电阻丝对水进行加热，从而使水蒸气来加湿。这种加湿方法加湿能力强，速度快，加湿控制灵敏，尤其在降温时容易实现强制加湿。但是次试验箱内必须注意保持清洁，否则容易造成加湿盘的污染。

综合试验箱的除湿方式有机械制冷除湿和干燥器除湿两种：

（1）机械制冷除湿的除湿原理是将空气冷却到露点温度以下，使大于饱和含湿量的水气凝结析出，这样就降低了湿度。

（2）干燥器除湿是利用气泵将试验箱内的空气抽出，并将干燥的空气注入，同时将湿空气送入可循环利用的干燥器进行干燥，干燥完后又送入试验箱内，如此反复循环进行除湿。

现在大部分综合试验箱采用前一种除湿方法。后一种的除湿方法，可以使露点温度达到0℃以下，适用于有特殊要求的场合，但费用较高。

5. 传感器系统

综合试验箱的传感器主要是温度和湿度传感器。温度传感器应用较多的是铂电阻，也有采用热电偶。湿度的测量方法有干湿球温度计法和固态电子式传感器直接测量法两种。其中干湿球法测量精度不高，现在的综合试验箱正逐步地以固态传感器代替干湿球来进行湿度的测量。

6.空气循环系统

空气循环系统一般由离心式风扇和驱动其运转的电机构成，其中有固定转速的和自动调节转速的两种。固定转速的如果要调节试验箱内的温度，是通过调节电阻丝的发热来控制的，它的控制相对风扇可以自动控制的比较简单。

7.温湿度控制

温湿度控制主要表现在温湿度的精确度，基本上普通的温湿度试验箱温度可上下2℃，湿度可上下10个百分点。相对来说比较好的温湿度试验箱能够实现温度上下0.5℃，湿度上下5个百分点。对于普通的测试，或者国际标准来讲前面的试验箱就可以满足要求。

8.PCB板中温湿度测试和失效

在温湿度环境测试中都会碰到温度变化率的问题，如果温度变化快则会变成温度冲击，而温度变化慢了又造成测试时间太长，不符合经济效益。一般来讲，温度变化率定为20℃/h。同时这样的一个温度变化率也将利于从低温到高温是出现的凝结水的影响效应。低温条件下不能直接把PCB板取出，以放置产生凝结水导致短路等现象发生。

一般低温低湿条件可以不考虑，主要原因是失效在此条件下产生得比较少，还有就是能失效低温低湿的设备相对来说要贵很多，如非必要可以不做。

再有就是每次用温湿度控制箱进行测试时必须要做的事是在测试前后把温湿度控制箱的温度和湿度调到一个固定的设定值，以确保温湿度控制箱的工作正常并延长使用寿命，具体的温湿度值是23℃

和50%。

（一）PCB板中高温高湿操作

1 目的

通过在高温条件下来测试电路的稳定性，评价产品暴露于高温高湿期间发生的性能随时间退化的效应，检测印制电路板和元气的散热情况。

2 条件

温湿度条件为温度40℃、湿度90%。推荐的测试时间为24h，这样可以全面了解电路散热水平。

3 影响

（1）电路工作不稳定或者短路；

（2）不同材料的膨胀不一致，导致电路板发生虚焊或者焊接裂化；

（3）固定电阻阻值改变；

（4）温度梯度不同和不同材料的胀差使电子线路的稳定性发生变化。

（二）PCB板中温湿度循环

1 目的

通过顺序改变元器件环境，施以低温和高温来检测其缺陷。检验印制电路板的电子迁移问题，芯片的物理实效问题以及塑料件的外表面的喷漆强度。

2 条件

温度的范围为-40℃~125℃（工业用）或-65℃~150℃（军用）。推荐的循环次

数为20次，最小是10次。温度极限处的保持时间至少为10min。温度循环后，可将温度降至25℃测量元器件的电特性参数，并与其技术指标比较。这种方法可以测定元器件对温度极限的耐受力以及交替面对这种极限值时的反应。

3 影响

（1）导线联结，晶片底层粘连，晶片破裂；

（2）热膨胀系数不匹配、密封及塑料封装；

（3）喷漆的脱落、雾化和起泡等。

（三）PCB板中高温储存

1 目的

（1）评价装备稳定长期暴露于高温期间发生的性能随时间退化的效应，因为这种情况下可能包括一些叠加效应。

（2）评价处在由于太阳辐射在装备内部产生明显的温度梯度高温环境的装备。

（3）调查电子零部件、机器的热性变化，调查有源元件在高温下的动作或者通电后的劣化特性，调查润滑特性的劣化。这种试验可以暴露出如潮湿、金属化处理、硅片内部、离子污染、表面、氧化和接触方面的缺陷。

2 条件

高温储存可使元器件面临比老化测试更高的温度，且无需对元器件施加电源。试验温度约为60℃,高