カーエレクトロニクス分野では、電子基板はエンジンルームやパワーモジュールなどの高温環境に長時間耐える必要があります。したがって、125 度での高温耐性テストは、信頼性を検証するための重要なステップとなります。-以下では、試験原理、機器の選択、操作手順、結果の評価など、自動車の電子基板に適用できる高温耐性試験方法の詳細な分析を提供します。-
1、試験前の準備：環境とサンプルの前処理
(1) テスト環境の構築
高温試験器の選択
± 1 度の温度制御精度、± 2 度以下の均一性、少なくとも 125 度の一定温度保持能力を備えた、プログラム可能な高温エージング チャンバーが必要です。たとえば、電子基板のすべての領域を均一に加熱するために、強制熱風循環システムを備えたボックスを選択できます。
監視機器構成
K- タイプの熱電対は、マルチチャンネル温度レコーダーと組み合わせて、コンポーネント ピンや PCB 基板領域など、電子基板の表面上の重要なポイントの温度を 1 分に 1 回以上のサンプリング頻度でリアルタイムに監視するために使用されます。
(2) サンプルの調製と前処理
試験サンプルの選択
電子基板には、少なくとも 3 つの並列サンプルを含む完全な機能モジュールが含まれている必要があり、サンプルが溶接や 3 つのプルーフ コーティングなどのプロセス全体を完了していることを確認する必要があります。
初期パフォーマンステスト
テストの前に、サンプルは完全に機能する電源投入テストを受け、動作電圧、電流、信号伝送遅延などの主要な電気パラメータを参照データとして記録する必要があります。
2、コア試験方法：一定温度暴露および動的負荷試験
(1)静的恒温試験方法
1. テストプロセス
加熱ステージ: テストチャンバーの温度を 5 度/分の速度で 125 度まで上昇させ、目標温度に到達した後 30 分間安定させ、サンプル温度がチャンバー内の温度と一致していることを確認します。
恒温保持ステージ：
標準期間: AEC-Q100 などの自動車エレクトロニクス業界標準によると、通常、長期の高温サービス シナリオをシミュレートするには 240 時間（10 日間）の連続暴露が必要です。--
プロセスモニタリング：24時間ごとにサンプルを取り出し、室温で30分間冷却し、通電機能テストを実施して、はんだ接合部のクラック、基板の炭化、部品の故障などの現象が発生していないかを観察します。
冷却段階: 急冷による熱応力損傷を避けるため、試験終了後は 5 度/分の速度で室温まで冷却します。
2. 主な観察ポイント
物理的特性評価: PCB 基板に変色、層間剥離がないか、はんだ接合部に亀裂やはんだが溶けた跡があるかどうかを光学顕微鏡 (50 ～ 200 倍) で観察します。
材料特性: 熱機械分析装置を使用して、基板の熱膨張係数 (CTE) の変化を測定します。 CTE が 20% を超えて増加する場合、材料破損のリスクを示している可能性があります。
(2) 動的荷重試験方法
1. テストプロセス
負荷加熱: 電子基板をアナログ負荷回路に接続し、電源オン中に 3 度/分の割合で最大 125 度まで加熱し、動作電流を定格電流の 1.2 倍に維持して過負荷状態をシミュレートします。
定温動作試験：
期間: 100 時間の集中テスト シナリオ。その間、電圧変動や周波数安定性などのパラメータがリアルタイムで監視されます。-
定期的な中断検出: 10 時間ごとに電源を切り、室温まで冷却し、接触不良や信号ジャンプなどの熱サイクルによって引き起こされる断続的な障害を検出します。
2. 故障判定指標
電気的性能：動作電圧が定格値から±5%外れ、信号伝達遅延が15%以上増加した場合は故障と判断します。
熱画像検出: 赤外線熱画像装置 (精度 ± 2 度) を使用して電子基板の表面をスキャンします。局所的なホットスポット温度が 130 度を超え、設計しきい値の 5 度を超える場合は、放熱設計の欠陥を分析する必要があります。
3、高度なテスト: サーマルサイクルとエクストリームチャレンジ
(1) 温度サイクル試験（拡張高温適応性）
サイクル条件: -40 度 (30 分) → 125 度 (30 分)、サイクル速度 5 度/分、合計サイクル時間 50、車の始動停止時の温度ショックをシミュレートします。
テストの焦点: X- 線ははんだ接合内部の微小亀裂の伝播を検出するために使用され、イオンクロマトグラフィーは基板が高温でハロゲン化物などの腐食性ガスを放出するかどうかを分析するために使用されます。
(2) 極限温度ステップテスト (臨界閾値を決定するため)
徐々に加熱: 100 度から開始して、サンプルが機能不全に陥るまで、2 時間ごとに温度を 5 度ずつ上げます。故障が発生する臨界温度を記録します。この温度は 10% の安全マージンを確保して 130 度以上である必要があります。
故障モードの分析: 故障の原因がコンデンサの電解液の漏れである場合は、定格値が 135 度の製品など、高温耐性の電解コンデンサを優先する必要があります。-
4、試験結果の評価と報告
(1) データ処理
「時間温度電気パラメータ」の 3 次元曲線を描き、試験前後のパラメータ変化の傾向を比較します。-
平均故障間隔を計算します。静的テストの MTBF が 1000 時間を超える場合、信頼性検証に合格したとみなされます。
(2) 報告内容
テスト基準: ISO16750-2、SAEJ1211 などの参照規格、および顧客固有の要件。
サンプル情報: PCB レイヤー、FR-4 などの基板タイプ、アルミニウム基板、コンポーネント リストなど。
故障解析: SEM ではんだ接合部の破断面をスキャンするなど、不適合サンプルの故障箇所特定を実行し、放熱銅箔の面積を増やしたり、高温接着剤を交換するなどの改善案を提案します。-
熱電対のレイアウト: 実際の動作温度を確実に測定できるように、熱電対は MCU やパワー チップなどのパワー デバイスの直下の PCB 表面に取り付ける必要があります。
上記の系統的な試験方法により、車載用電子基板の信頼性を125度の環境下で総合的に評価することができ、選定、設計の最適化、量産品質管理に科学的根拠を提供します。