Зміст

  • 1. Чому на друкованих платах проводять вимірювання деформації?
  • 2. Розширені вимоги та міжнародні стандарти для тестування друкованих плат
  • 3. Як виміряти деформацію на друкованих платах
  • 4. Де виміряти деформацію друкованих плат
  • 5. Як встановити мініатюрну розетку RF91 на друковані плати
  • 6. Як налаштувати вимірювання деформації (швидкості) у catman AP
  • 7. Аналіз даних у catman®
  • 8. Словник
 

1. Чому на друкованих платах проводять вимірювання деформації?

У повсякденному житті ми повинні довіряти надійності електронних компонентів , інтегрованих в автомобілі, смартфони, літаки та незліченну кількість інших пристроїв. У більшості з цих продуктів інтегровані друковані плати (PCB). Надійність складної електроніки та електричних систем в цілому є результатом досвідчених розробок та інтенсивних випробувань.

PCB піддаються механічним і тепловим впливам не тільки під час їх виготовлення, а й під час транспортування та дії (наприклад: деформація, неправильне використання, вібрація, удар, термічний вплив).

Під час виготовлення друкованих плат можуть виникнути такі несправності та напруги:

  • Деформація на згин під час встановлення з'єднувачів, шин живлення, охолоджувальних пластин, контактних штирів, наконечників під пайку або тримачів акумуляторів
  • Поломка під час монтажу пристрою поверхневого монтажу (SMD), технології поверхневого монтажу (SMT) і пристрою наскрізного монтажу (THD), наскрізний отвір (THT) і штифт в отвір (PIH)
  • Тріщини під напругою та зміщення точок пайки за допомогою кулькових сіток (BGA)
  • Перехідні піки деформації під час поділу (визначення критичних деформацій/деформацій зсуву під час поділу)
  • Підвищена механічна напруга (деформація), яка виникає через запресовування, затягування гвинтів або процесів інкапсуляції в корпусах
  • Зламані конденсатори SMD через високу напругу вигину на інших етапах процесу
  • Жорстке приземлення випробувальних зондів під час тесту ІКТ

 Під час транспортування та експлуатації наступні впливи можуть призвести до несправності:

  • Механічне навантаження (статична)
  • Вібрація та зрощення (динамічне)
  • Теплові ефекти, що призводять до тріщин, викликаних тепловим розширенням (різні значення α корпусу, радіатора, друкованої плати та електронних компонентів)

Всі ці наслідки можуть призвести до повного виходу з ладу компонентів. Якщо систематична несправність друкованої плати буде виявлена ​​занадто пізно, негайні витрати будуть величезними. Витрати продовжуватимуть зростати, доки виявлення несправності затримується. Правило 10 показує, що чим пізніше буде виявлено систематичний збій нового продукту, витрати на одиницю дефекту множать у 10 разів.

 

2. Як виміряти деформацію на друкованих платах

Методи чисельного моделювання, такі як FEA, обмежені за своїм обсягом, оскільки вони засновані на підходах математичної моделі. Таким чином, фізичні випробування на реальних друкованих платах принаймні додатково необхідні для перевірки справжньої деформаційної поведінки плати. Інші методи випробування, такі як КТ та рентгенівське випромінювання, недостатньо достатні для перевірки впливу механічного впливу і, крім того, є дорогими методами у використанні.

Значення деформації є єдиними надійними розрахунками для вимірювання механічної деформації друкованих плат. Тому  тензорезистори призначені для надзвичайно точного вимірювання деформації друкованих плат. PCB зазвичай мають невеликі розміри, і проблема полягає в тому, щоб встановити тензорезистор в обмеженому доступному просторі. 

HBM пропонує понад 2000 різних тензорезисторів для спеціальних застосувань, а також деякі спеціалізовані тензодатчики для вимірювання деформації друкованих плат. Наприклад , мініатюрна розетка RF91 із трьох сіток є відмінним продуктом для вимірювання навантаження на мініатюрні компоненти, такі як друкована плата, оскільки напрямок основної деформації невідомий. Крім того, він має лише 5 мм в діаметрі, тому його можна легко закріпити на друкованих платах. Він доступний у різних варіантах: з попередньо підключеним дротами та з вбудованими майданчиками для паяння. Інші тензорезистори, такі як RY31-3/120 (діаметр 6,9 мм), також можна використовувати для тестування друкованих плат.

Ключові факти про мініатюрну розетку HBM RF91

  • Діаметр лише 5 мм для мініатюрних застосувань, які поставляються зі складу
  • Опір 120 Ом із трьома вимірювальними сітками
  • Вимірювання стану двоосного розтягнення, коли головний напрямок напруження невідомий
  • Температурна компенсація для аустенітної та феритної сталі, а також алюмінію
  • Попередньо підключені дроти  (0,5 м) або з майданчиком для паяння - без пайки тензодатчика
  • Можна використовувати для двох-, трьох- та запатентованої чотирипровідної конфігурації HBM
  • Різні кольори медного дроту, ізольованого фарбою

Новинка: набір для тестування PCB

Почніть вимірювання відразу за допомогою комплекту для тестування PCB. Від відповідних тензорезисторів до вимірювального мостового підсилювача та програмного забезпечення для збору даних, набір включає все необхідне для вимірювання деформації на друкованих платах відповідно до IPC/JEDEC 9704.

Від датчика до результату , просто «підключіть і виміряйте»:

  • Тензорезистори відповідно до IPC/JEDEC 9704 та засоби їх встановлення
  • Модуль мостового підсилювача QuantumX MX1615B
  • Готовий до використання проект вимірювань у програмному забезпеченні catman DAQ

До комплекту для тестування друкованої плати

Ключові факти комплекту для тестування PCB:

  • Портативний і компактний кейс включає всі матеріали
  • Швидке, просте та гнучке налаштування – також у різних місцях
  • Оптимальна підтримка для кожного завдання вимірювання
  • Повністю сумісний з усіма модулями QuantumX і програмними пакетами catman
  • Усі продукти доступні для повторного замовлення

 

3. Де виміряти деформацію друкованих плат

Стан напруги на друкованих платах здебільшого невідомий і механічно складний . Ситуації деформації призводять до деформації пластини. Деформація пластини не відповідає класичним моделям деформації балки або кручення валу, які досить точно описуються лінійною механічною статикою. Крім того, необхідно враховувати, що зібрана друкована плата містить кілька окремих компонентів, які припаяні або підключені до друкованої плати різними способами. Це означає, що друкована плата є досить неоднорідною за своїми властивостями матеріалу.

Перевіряти кожну секцію друкованої плати відповідно до властивостей деформації та поведінки не є ані корисним, ані можливим щодо вартості та часу. Таким чином, вимірювання на друкованих платах проводяться в областях, де ризик збою оцінюється як особливо високий , наприклад:

  • Кути:  кути можуть бути механічно критичними, якщо вони закріплені.
  • Жорсткі ділянки плати (наприклад, ті, що знаходяться поблизу конденсаторів): більші елементи призводять до збільшення жорсткості друкованих плат.
  • Області, близькі до з'єднань (порушення паяного з'єднання): точки спайки є слабкими місцями з точки зору межі плинності.

 

4. Як встановити мініатюрну розетку RF91 на друковані плати

1. Підготовка друкованої плати до встановлення

Спочатку друковану плату необхідно підготувати до установки фольгованого тензорезистора. У цьому відео показано необхідні кроки.

2. Приклеювання розетки RF91 до друкованої плати

У цьому відео показано, як розетка приклеюється до друкованої плати за допомогою швидкотверднучого клею Z70.

3. Збір даних за допомогою друкованої плати

Нарешті, реалізація буде проілюстрована за допомогою друкованої плати з використанням  QuantumX MX1615B  та  програмного забезпечення catman.

Вимірювальний підсилювач QuantumX MX1615B

QuantumX — це модульна, вільно масштабована система збору даних від HBM для вимірювань та випробувань, що дозволяє швидше впроваджувати інновації. Усі модулі мають Ethernet інтерфейс і можуть вільно комбінуватися один з одним. Усі канали працюють повністю синхронізовано за часом - від модуля до модуля з < 1 мкс. 

Кожен канал може бути індивідуально параметризований за допомогою програмного забезпечення, що підтримує наступне:

  • Тензодатчики в повному, напів- або чвертьмостовому (120 або 350 Ом) схему підключення
  • Стандартна напруга, PT100, резистор, потенціометр
  • Індивідуальна швидкість передачі даних до 20 кС/с на канал, активний фільтр нижніх частот

На QuantumX MX1615B

Ключові факти QuantumX MX1615B: 

  • Містовий вхід, PT100/RTD, напруга, потенціометр, що вибирається для кожного з 16 окремих 24-розрядних АЦП
  • DC або несуча частота (CF) для максимального придушення шуму
  • Внутрішній 120 і 350 Ом четвертий мостовий резистор
  • Шестипровідна технологія для повного моста і п'ятипровідна технологія для напівмоста
  • Три- та чотирипровідна технологія для підключення тензорезисторів по 1/4 мостовій схемі  
  • Швидкість передачі даних 20 кС/с, смуга пропускання 3 кГц
  • Гальванічно ізольований (канал до каналу, до живлення, до мережі)

 

5. Як налаштувати вимірювання деформації (швидкості) у catman®AP

За допомогою програмного забезпечення catman AP HBM DAQ легко налаштувати вимірювання деформації плати на друкованій платі. Швидка і легка візуалізація даних є однією з сильних сторін Catman. Запис даних можна виконувати по-різному, використовуючи тригер або спеціальні моменти часу.

Три вимірювальні сітки розетки RF91 дозволяють розрахувати максимальну та мінімальну головну деформацію (швидкості), а також відповідні кути. Останні версії catman також підтримують вимірювання швидкості деформації (деформація визначається за часом).

Максимальне головне напруження
Вимірювання швидкості деформації
 

На наступних кроках показано, як налаштувати вимірювання швидкості деформації в catman:

 

1. Відкрийте програмне забезпечення catman і перевірте відповідний канал тензодатчика. Зелені індикатори вказують, що канал виявлений і готовий до вимірювання. У цьому прикладі три сітки розетки з’єднані з каналами 1, 2, 3.

налаштування каналу catman

2. Використовуйте базу даних датчиків, щоб призначити канали додатку датчика. У цьому випадку перетягніть 3-провідний тензодатчик на 120 Ом до кожного з трьох активних тензоканалів.

Призначення датчиків каналам у catman

Програмне забезпечення catman®AP DAQ

catman®AP від ​​HBM — це потужний програмний пакет для збору та аналізу даних на ПК. Завдяки інтуїтивно зрозумілому інтерфейсу користувача ви лише за кілька клацань миші від початку вимірювання. Просто налаштуйте підсилювач за допомогою TEDS, електронного листа даних перетворювача або розширеної бази даних датчиків – і тест можна розпочати.

Безліч параметрів графічного аналізу даних і різноманітні варіанти експорту роблять catman®AP надійним і незамінним інструментом для кожного спеціаліста з вимірювань.

До Catman AP

catman®AP Ключові факти:

  • Швидкі та прості результати вимірювань, включаючи автоматизовані процедури відпочинку
  • Тестування на довговічність (аналіз дощового потоку)
  • Модульний, безкоштовний, масштабований щодо каналів
  • У режимі реального часу та постобробка
  • Математика для розрахунку розетки
  • Вимірювання деформації та швидкості деформації
  • Формування звіту та експорт даних

Максимально допустима основна деформація друкованої плати на основі IPC/JEDEC-9704
Максимально допустима основна деформація друкованої плати на основі IPC/JEDEC-9704 (клацніть, щоб збільшити)

6. Аналіз даних у catman®

Мета аналізу – перевірити, чи відповідають вимірювані дані прийнятним критеріям для штаму друкованої плати. Наступна діаграма ілюструє граничні лінії як функцію швидкості деформації та товщини плати відповідно до IPC / JEDEC-9704A (2012).

Ідея полягає в тому, що максимальна головна деформація (вісь Y) не повинна перевищувати певного значення. При збільшеній товщині друкованої плати прийнятні вищі основні деформації. Крім того, необхідно враховувати ще один критерій – швидкість деформації. Це означає, що на термін служби друкованої плати впливає не тільки чисте значення максимальної основної деформації, але й швидкість зміни деформації (імпульсу). Швидкі зміни матеріалу зазвичай призводять до ранніх мікротріщин і пошкодження матеріалу.

 

1. Щоб проаналізувати тестові дані, відкрийте новий проект «Analyze» у catman.

2. Знайдіть дані тесту та перетягніть їх у стовпець праворуч.

 

7. Словник

  • BGA : масив кулькової сітки
  • FEA : скінченно-елементний аналіз
  • ІКТ : внутрішньосхемний тест
  • JEDEC : Спільна технічна рада з електронних пристроїв
  • PCB : друкована плата
  • SMT : технологія поверхневого монтажу

Завантажити як PDF

 

Відмова від юридичної відповідальності : TECH Notes призначені для швидкого огляду. TECH Notes постійно вдосконалюються, а отже, часто змінюються. HBM не несе відповідальності за правильність та/або повноту описів. Ми залишаємо за собою право вносити зміни до функцій та/або опису в будь-який час без попереднього повідомлення.