印制電路板海洋環(huán)境試驗與實驗室環(huán)境試驗相關(guān)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(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，湖北 荊門 448035；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 440106）

飛機在海洋環(huán)境下服役時長期受高溫、高濕、高鹽環(huán)境因素的影響。印制電路板作為機載電子裝備的關(guān)鍵部件一般處于內(nèi)部環(huán)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(chǎn)生作用，導(dǎo)致電路板發(fā)生腐蝕，而電路板一個小小的腐蝕都可能使整個設(shè)備癱瘓[1-6]。隨著我國飛機在南海布局，對機載電子設(shè)備印制電路板的環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。飛機壽命一般在30年左右，在自然環(huán)境下評估印制電路板的環(huán)境適應(yīng)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(nèi)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(huán)境試驗之間的相關(guān)性是評估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域環(huán)境開展了兩種典型機載電子設(shè)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(zhì)因數(shù)測試結(jié)果，研究了兩種試驗環(huán)境的相關(guān)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(huán)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(huán)境數(shù)據(jù)見表2。較適用于各類機載設(shè)備印制電路板對海洋環(huán)境適應(yīng)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(shù)據(jù)見表 3。

3 實驗室加速試驗

影響印制電路板腐蝕的環(huán)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(shè)備實驗室環(huán)境試驗方法鹽霧試驗》，試驗條件：試驗溫度為（35±2）℃，鹽溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(xù)。檢測數(shù)據(jù)見表4。

表2 西沙年均環(huán)境數(shù)據(jù)

表3 暴露試驗樣品性能檢測數(shù)據(jù)

表4 加速試驗樣品性能檢測數(shù)據(jù)

4 相關(guān)性評價

為了準(zhǔn)確獲知兩種環(huán)境的相關(guān)性，從相關(guān)度和加速性兩個方面進行表征，其中相關(guān)度采用了秩相關(guān)系數(shù)法。秩相關(guān)系數(shù)R越接近1，相關(guān)度越好，即兩種試驗方法對材料的影響規(guī)律是基本一致的，相關(guān)度的判斷見表5。加速性以絕緣電阻、品質(zhì)因數(shù)的變化量為指標(biāo)。

表5 相關(guān)度的判斷

4.1 以絕緣電阻為基準(zhǔn)

以絕緣電阻為基準(zhǔn)，實驗室加速試驗和自然暴露試驗的相關(guān)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(guān)系數(shù)均為1.00，為極強相關(guān)，說明以絕緣電阻為基準(zhǔn)評價實驗室加速試驗和自然暴露試驗相關(guān)強度為極強相關(guān)。

4.2 以品質(zhì)因數(shù)為基準(zhǔn)

以品質(zhì)因數(shù)為基準(zhǔn)，實驗室加速試驗和自然暴露試驗的相關(guān)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(guān)系數(shù)均為 0.80，為強相關(guān)，說明以品質(zhì)因數(shù)基準(zhǔn)為評價實驗室加速試驗和自然暴露試驗相關(guān)強度為強相關(guān)。

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

4.3 加速性評價

本項目以絕緣電阻和品質(zhì)因數(shù)的變化量為基準(zhǔn)進行加速性評價，評價結(jié)果見表8。

表6 以絕緣電阻為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價

表7 以品質(zhì)因數(shù)為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價

表8 加速性評價

由表8可知，以絕緣電阻為基準(zhǔn)，得出PCB1、PCB2樣品實驗室加速試驗的加速系數(shù)分別為 2.5、3.3；以品質(zhì)因數(shù)變化為基準(zhǔn)，得出PCB1、PCB2的加速系數(shù)分別為4.5、7，平均加速系數(shù)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(jié)論

1）通過秩相關(guān)系數(shù)法說明了電子設(shè)備印制電路板西沙環(huán)境試驗與實驗室鹽霧試驗兩者之間的強相關(guān)性。

2）以絕緣電阻和品質(zhì)因數(shù)的變化程度為基準(zhǔn)評價得出實驗室加速試驗方法對 PCB1、PCB2樣品的加速系數(shù)為 3.5，5.15?？蔀楹罄m(xù)西沙環(huán)境試驗的加速處理提供依據(jù)。

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