用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置及测试方法与流程

[0001]
本发明属于检测技术领域，特别是一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置。


背景技术：

[0002]
电子材料作为信息传输的载体和依托，广泛应用于各种电子设备中。电子设备的使用90％以上是在大气环境中，影响电子产品可靠性及其重要的因素是其服役环境。环境因素多种多样，包括温度、湿度、压力、辐射、降雨、风、盐雾、砂尘、污染物、电磁辐射等，都不可避免地会对电子材料产生不良影响。因此，在电子产品的制造、使用过程中，必然要面临电子材料环境适应性的相关问题。
[0003]
电子元器件是由多种金属和合金及众多电子材料部件组装而成的，其在生产、储存和使用过程中所面临的环境破坏问题经常比结构材料更严重，并且由环境产生的损伤往往严重影响甚至完全破坏电子材料的使用性能。近年来电子产品向更高集成度、更快运行速度、更低损耗与多功能性发展，而且使用环境更加广泛、苛刻，因此，电子元器件发生的腐蚀比一般的环境损伤长度更快速，后果更严重，而且更难以预防，导致电子材料的环境适应性问题显得愈发重要。有资料显示，52％的电子产品故障失效是由环境效应引起的。因此环境适应性试验作为电子材料可靠性试验的一种类型已经发展成为一种评价使用环境如何影响其性能和功能的方法。
[0004]
电子材料种类繁多，应用结构复杂。在潮湿及污染空气中的印制电路板、插件、连接焊点等部位极易发生破坏性失效。在高集成度元器件和印制电路构成的多种金属和合金体系中，会发生电偶腐蚀、缝隙腐蚀、微孔腐蚀、应力腐蚀、杂散电流腐蚀等多种形式的环境失效问题。
[0005]
随着电子技术的不断革新，印制电路板作为电子元器件的支撑和电气连接的提供者，正想着进一步微型化和高度集成化方向发展。印制电路板一般在半封闭的大气环境中工作，不可避免地会受到外界大气湿度、污染气体、尘土等环境因素的影响，并且在运行过程中还会承受温度场、电场、磁场等多种因素的协同和交变作用，致使微液膜的厚度随工作条件动态变化，甚至呈现不连续或微液滴形态的分布，严重威胁电子元器件乃至整个电子设备系统运行的可靠性和安全性。
[0006]
为了开展电子材料环境适应性评价，以电子材料中常用的cu、ni、ag、al等金属及其合金的环境腐蚀数据作为参考。虽然这些金属和合金材料已经在我国典型自然环境中开展了广泛的材料投试工作，积累了大量的数据可供参考，但与结构材料相比，电子材料的环境适应性规律具有独特性，少量的污染物就可能导致电子材料的严重破坏，即使印制电路板有有机膜的保护，也难以避免发生破坏。因此，需要开展我国典型气候区域和海域及局部环境中电子材料的腐蚀数据积累，环境适应性评价试验方法和标准，环境失效机理模型、以及环境严酷度分级标准的基础性研究工作。
[0007]
因此，本发明提出了一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置及其环境
适应性水平评价方法，着重考虑腐蚀环境对该电路板典型结构(焊点、引脚等)、典型元器件封装结构、典型功能模块性能等的影响，同时对比不同机箱类型(密封机箱、非密封机箱)的影响。


技术实现要素：

[0008]
本发明针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于为解决现有问题的不足，从试验件设计技术层面解决实际问题，设计一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，能够实现着重考虑腐蚀环境对该电路板典型结构(焊点、引脚等)、典型元器件封装结构、典型功能模块性能等的影响，同时对比不同机箱类型(密封机箱、非密封机箱)的影响。本发明提出的试验件设计和方法可使得产品更加贴近于实际使用环境，通过实验室加速试验来反应产品的状态，保证了该类产品的耐环境适应性水平。
[0009]
一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，其包括两个以上电路功能板、两个以上小机盒和一个机箱，所述机箱内部插有所述小机盒，每个所述小机盒上安装一个所述电路功能板，
[0010]
所述每个电路功能板包括存储器、电平转换电路、微处理器、通信电路、第一采集电路和第二采集电路，所述微处理器固定在所述电路功能板的中间，所述微处理器经所述电平转换电路与所述存储器相连通，并经所述通信电路与上位机相连通，所述第一采集电路和第二采集电路分布在所述微处理器两侧，其输入均与外部电源相连，其输出均与所述微处理器相连；所述第一采集电路包括第一电源转换电路、第一电源参数检测电路和第一控制电路，所述第二采集电路包括第二电源转换电路、第二电源参数检测电路和第二控制电路，所述第一电源转换电路的输入与外部电源相连，其输出分别与所述第一控制电路和第一电源参数检测电路相连，所述第二电源转换电路的输入与外部电源相连，其输出分别与所述第二控制电路和第二电源参数检测电路相连，所述第一电源参数检测电路和第二电源参数检测电路的输出分别与所述微处理器相连；其中所述电平转换电路包括电平转换芯片和第一外围电路，所述第一控制电路和第二控制电路均包括控制器、负载控制管和第二外围电路，所述通信电路包括rs232接口和第三外围电路，所述第一电源转换电路和第二电源转换电路均包括电源芯片、dc/dc控制器和第四外围电路，所述第一电源参数检测电路和第二电源参数检测电路均包括运算放大器、电压跟随器、采样电阻和分压电阻；
[0011]
每个电路功能板所实现的电路功能相同，但是不同电路功能板采用不同的芯片型号和封装类型来实现相同的电路功能；
[0012]
所述机箱包括箱体和控制面板，所述控制面板安装在所述箱体的外部前侧，所述控制面板包括急停开关、接口按钮和航空连接器，所述箱体内部设有多个槽位，每个槽位均设有导槽和锁紧条，每个槽位上经相应的导槽均插有所述小机盒，所述控制面板设有多个所述航空连接器及对应的所述接口按钮，所述航空连接器分别与每个所述电路功能板上的所述通讯电路相连接。
[0013]
优选的，所述存储器包括flash存储器和eeprom存储器。
[0014]
优选的，所述机箱和小机盒均设有密封型和非密封型，所述非密封型设有多个均匀孔；所述机箱表面采用彩色导电氧化工艺处理。
[0015]
一种使用用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置的用于环境适应性水平
评价测试方法，所述方法具体包括以下步骤：
[0016]
s1、装置进行测试前准备操作：清洗腐蚀试验后的所述电路功能板并打磨其上插针，而后通过所述机箱外部的接头与上位机的串口相连，使用上位机上的串口调试助手向所述电路功能板发送测试命令；
[0017]
s2、测量并获取测试指标：测试指标包括所述第一采集电路和第二采集电路的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流以及所述flash存储器的存储内容，使用测试工具测量所述第一采集电路和第二采集电路的输入电压和输入电流，使用引线工具连接所述机箱外部的接头并加载负载，使用测试工具测量所述第一采集电路和第二采集电路的输出电压和输出电流并读取所述flash存储器的存储内容，将获取的测试指标经所述电平转换电路存储至存储器中；
[0018]
s3、进行环境适应性评价：通过所述微处理器将测试指标经所述电平转换电路从所述存储器中读取，并通过所述通讯电路发送至上位机，根据所测量的测试指标结果，按照环境适应性评价要求进行评价；所述步骤s3中的环境适应性评价具体包括以下子步骤：
[0019]
s31、若所述第一采集电路和第二采集电路的输出电压值接近于0，其他器件功能正常，则此时所述第一电源转换电路和第二电源转换电路的电压调制功能已经丧失，即所述第一电源转换电路和第二电源转换电路中的所述电源芯片已失效；
[0020]
s32、若所述flash存储器的读取内容异常，其他功能正常，则所述电平转换电路中的所述电平转换芯片的功能丧失，与所述电平转换芯片上的引脚腐蚀有关，使得电路通信中断或出现混乱，读取功能丧失；
[0021]
s33、若所述flash存储器的读取内容异常，且所述第一采集电路和第二采集电路的输出电压偏高，加载后，所述第二采集电路的负载烧毁，则所述电平转换电路中的所述电平转换芯片的反馈引脚腐蚀，引起电路阻抗增大，反馈信号异常造成输出电压异常
[0022]
s4、根据包含不同所述芯片的所述电路功能板的测试结果，分别对所述电平转换电路中的所述电平转换芯片与所述第一采集电路和第二采集电路的所述电源芯片进行比较，得出不同分类芯片在相同环境下的抗腐蚀能力，同时分析不同所述芯片的测试能力。
[0023]
与现有技术相比，本发明的技术效果为：
[0024]
1、本发明提出的一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，可满足不同电子元器件的同时测试，大大节省实验室设计时间，并可使产品贴近实际使用环境，保证测试结果的实际参考意义；借助包含不同芯片的电路功能板进行同时测试，通过对比分析不同芯片的测试结果，保证不同电子元器件测试结果的可靠性，同时通过对比分析可判别不同芯片的测试能力和效果。
[0025]
2、本发明提出的适用于电路板装置的环境适应性水平评价方法，可充分发挥所设计的电路板装置的测试水平和能力，保证测试件环境适应性水平评价的客观与高效。
附图说明
[0026]
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0027]
图1是本发明的一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置的整体结构示意图；
[0028]
图2是电路功能板的结构示意图；
[0029]
图3是电路功能板各部分的组成示意图；
[0030]
图4是适用于电路板装置的环境适应性水平评价方法的流程图。
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
[0032]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0033]
图1和图2示出了本发明的一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，其包括电路功能板3、小机盒2和机箱1，机箱1包括箱体11和控制面板12，控制面板12安装在箱体11的外部前侧，控制面板12包括急停开关121、接口按钮122和航空连接器123，箱体11内部设有六个槽位，每个槽位相互隔离且均设有导槽和锁紧条，每个槽位上经相应的导槽均插有小机盒2，依据《gjb358-87军用飞机电搭接技术要求》，试验样品的小机盒2与机箱1之间的搭接电阻小于2500微欧，每个小机盒上2安装的电路功能板3设有不同的芯片，控制面板12设有多个航空连接器123及对应的接口按钮122，航空连接器123分别与每个电路功能板3上的通讯电路34通过箱内线缆相连接，通过接口按钮122控制航空连接器123的通断，通过急停开关121控制整个电路板装置的急停。依据gjb1717-1993《通用印制电路板电连接器总规范》相关要求，箱体11对外接口选择圆形航空电连接器，箱体11与功能板连接器选择低频矩形接插件，箱体11与航空连接器123使用高温导线进行连接，机箱线缆装焊依据gjb/z162-2012进行布置、捆扎，避免因振动出现断裂或脱焊现象。机箱1整体材质选择铝合金材质，使用车铣工艺进行加工。机箱1和小机盒2均设有密封型和非密封型，非密封型设有多个均匀孔，密封型机箱整体组装时使用密封条进行密封，半密封型机箱将机箱的上盖板进行钻孔处理来满足半密封效果，钻孔完成后，对机箱表面使用彩色导电氧化工艺处理，喷涂黑漆，并依据gjb8133-2013标准要求进行三防喷涂处理。
[0034]
电路功能板3包括存储器31、电平转换电路32、微处理器33、通信电路34、第一采集电路35和第二采集电路36，微处理器33固定在电路功能板1的中间，经电平转换电路32与存储器31相连通，并经通信电路34与上位机相连通，第一采集电路35和第二采集电路36分布在微处理器33两侧，输入均与外部电源相连，输出均与微处理器33相连；第一采集电路35包括第一电源转换电路351、第一电源参数检测电路352和第一控制电路353，第二采集电路36包括第二电源转换电路361、第二电源参数检测电路362和第二控制电路363，第一电源转换电路351输入与外部电源相连，其输出分别与第一控制电路353和第一电源参数检测电路352相连，第二电源转换电路361输入与外部电源相连，输出分别与第二控制电路363和第二电源参数检测电路362相连，第一电源参数检测电路352和第二电源参数检测电路362输出分别与微处理器33相连。
[0035]
如图3所示，电平转换电路32包括电平转换芯片321和第一外围电路322，第一控制电路353和第二控制电路363均包括控制器3531、负载控制管3532和第二外围电路3533，通信电路34包括rs232接口342和第三外围电路343，第一电源转换电路351和第二电源转换电
路352均包括电源芯片3511、dc/dc控制器3512和第四外围电路3513，第一电源参数检测电路352和第二电源参数检测电路362均包括运算放大器3521、电压跟随器3522、采样电阻3523和分压电阻3524，存储器31包括flash存储器311和eeprom存储器312。
[0036]
如图4所示，针对上述电路板装置提出一种用于环境适应性水平评价的测试法：装置进行测试前准备操作，测量并获取测试指标，进行环境适应性评价，该方法具体包括以下步骤：
[0037]
s1、装置进行测试前准备操作：清洗腐蚀试验后的电路功能板3并打磨其上插针，而后通过机箱1外部的接头与上位机的串口相连，使用上位机上的串口调试助手向电路功能板3发送测试命令；
[0038]
s2、测量并获取测试指标：测试指标包括第一采集电路35和第二采集电路36的输入电压、输入电流、输出电压和输出电流以及flash存储器311的存储内容，使用测试工具测量第一采集电路35和第二采集电路36的输入电压和输入电流，使用引线工具连接机箱1外部的接头并加载负载，使用测试工具测量第一采集电路35和第二采集电路36的输出电压和输出电流并读取flash存储器311的存储内容，将获取的测试指标经电平转换电路32存储至存储器31中；
[0039]
s3、进行环境适应性评价：通过微处理器33将测试指标经电平转换电路32从存储器31中读取，并通过通讯电路34发送至上位机，根据所测量的测试指标结果，按照环境适应性评价要求进行评价。其中，具体环境适应性评价要求包括：
[0040]
s31、若第一采集电路35和第二采集电路36的输出电压值接近于0，其他器件功能正常，则此时第一电源转换电路351和第二电源转换电路352的电压调制功能已经丧失，即第一电源转换电路351和第二电源转换电路352中的电源芯片3511已失效；
[0041]
s32、若flash存储器311的读取内容异常，其他功能正常，则电平转换电路32中的电平转换芯片321的功能丧失，与电平转换芯片321上的引脚腐蚀有关，使得电路通信中断或出现混乱，读取功能丧失；
[0042]
s33、若flash存储器311的读取内容异常，且第一采集电路35和第二采集电路36的输出电压偏高，加载后，第二采集电路36的负载烧毁，则电平转换电路32中的电平转换芯片321的反馈引脚腐蚀，引起电路阻抗增大，反馈信号异常造成输出电压异常。
[0043]
s4、根据包含不同微处理器33芯片的电路功能板3的测试结果，分别对电平转换电路32中的电平转换芯片321与第一采集电路35和第二采集电路36的电源芯片3511进行比较，得出不同分类芯片在相同环境下的抗腐蚀能力，同时分析不同微处理器33芯片的测试能力。
[0044]
设计并制作了一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，电路板试验件包含主要封装类型和器件类型，电路板表面最终表面防护工艺为涂覆聚氨酯三防清漆。对该试验件依据astm g85 a4中的x5试验条件进行酸性盐雾试验。安装在小机盒内的电路功能板试验件经历了192h酸性盐雾试验后，几乎所有封装类型的器件引脚、焊点均出现了明显的腐蚀，见表1。
[0045]
表1
[0046][0047]
酸性盐雾试验192h后，清洗并打磨插针，可以通电测试。flash存储器311有个别字节存在读取异常，第一采集电路35和第二采集电路36的电源输出异常，输出电压值接近于0，其他器件功能正常，测试结果见表2。根据测试现象判断，此时第一电源转换电路351和第二电源转换电路352的电压调制功能已经丧失，造成这一现象的原因是第一电源转换电路351和第二电源转换电路352的电源芯片3511功能丧失。此外，电平转换电路32中的电源控制芯片的外部引脚腐蚀并不严重，而且部分引脚腐蚀并不能引起整个芯片功能丧失。因此，此故障应与芯片内部集成电路受到腐蚀损伤有关。
[0048]
表2
[0049]
[0050][0051]
本发明提供的一种用于评价电子元器件耐腐蚀能力的电路板装置，可满足不同电子元器件的同时测试，大大节省实验室设计时间，并可使产品贴近实际使用环境，保证测试结果的实际参考意义；借助包含不同芯片的电路功能板进行同时测试，通过对比分析不同芯片的测试结果，保证不同电子元器件测试结果的可靠性，同时通过对比分析可判别不同芯片的测试能力和效果；提出的适用于电路板装置的环境适应性水平评价方法，可充分发挥所设计的电路板装置的测试水平和能力，保证测试件环境适应性水平评价的客观与高效。
[0052]
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。