LabVIEW開發(fā)印刷電路板PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試

應(yīng)力引起的焊點(diǎn)故障是印刷電路板組裝（PCBA）故障的最常見模式之一。如今，隨著無鉛焊料材料的引入，這個(gè)問題進(jìn)一步加劇，對(duì)于類似的拉伸和抗壓強(qiáng)度，其脆性幾乎是傳統(tǒng)錫鉛焊料的兩倍。各種組裝和測(cè)試過程可能導(dǎo)致PCBA上的焊點(diǎn)故障，因?yàn)樗鼈兩踔猎诎l(fā)貨之前就過度彎曲。下面介紹分析應(yīng)變并識(shí)別有問題的設(shè)計(jì)和LabVIEW軟件。

幾十年來，工程師一直在使用PCB和基于PCB的產(chǎn)品，那么為什么應(yīng)力引起的故障在今天是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題呢？為了回答這個(gè)問題，研究了近年來電子行業(yè)的主要趨勢(shì)如何影響PCB的最大允許應(yīng)力限制.兩個(gè)最相關(guān)的趨勢(shì)是：

更多地使用無鉛焊料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的錫鉛焊料

更頻繁地使用緊湊型球柵陣列（BGA）組件

上述兩種趨勢(shì)中的每一個(gè)都分別降低了可直接施加到PCB上的最大機(jī)械應(yīng)力的限制。當(dāng)組合在一起時(shí)，如果超過最大允許應(yīng)力，它們會(huì)大大增加焊點(diǎn)裂紋的可能性，并且?guī)缀醣仨毐碚麟娐钒搴椭車O(shè)備以獲得最大應(yīng)力水平。組裝和測(cè)試過程，如在線測(cè)試（ICT）、分板或最終驗(yàn)證測(cè)試（FVT），涉及將電路板固定在某種形式的夾具中，然后執(zhí)行任務(wù)。如果這些夾具設(shè)計(jì)不當(dāng)，它們往往會(huì)在PCB上施加高于安全允許的應(yīng)力.即使是精心設(shè)計(jì)的夾具，隨著時(shí)間的推移，也會(huì)在PCB內(nèi)部施加更高的應(yīng)力.

為了主動(dòng)避免故障并識(shí)別有問題的設(shè)計(jì)或工藝，可以在PCB上實(shí)施應(yīng)變計(jì)測(cè)試，以表征這些潛在的高應(yīng)力誘導(dǎo)過程的最大應(yīng)力，并確保它們?cè)谠试S的范圍內(nèi)。

印刷電路板應(yīng)變計(jì)測(cè)試

通過PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試，可以定量評(píng)估和表征潛在的高應(yīng)力誘導(dǎo)和破壞性過程，但需要首先確定這些過程才能實(shí)施測(cè)試。

確定過程后，可以實(shí)施PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試的以下四個(gè)步驟：

ü??選擇應(yīng)變計(jì)傳感器

ü??準(zhǔn)備用于測(cè)試和安裝應(yīng)變計(jì)的PCB

ü??測(cè)量應(yīng)變

ü??分析和報(bào)告數(shù)據(jù)

第1步：選擇應(yīng)變計(jì)

應(yīng)變計(jì)是一種電阻與設(shè)備中的應(yīng)變量成比例變化的設(shè)備。由三個(gè)相互堆疊的獨(dú)立應(yīng)變片組成。與只能測(cè)量一個(gè)方向應(yīng)變的線材應(yīng)變計(jì)不同，應(yīng)變花應(yīng)變計(jì)測(cè)量零件表面的完整應(yīng)變狀態(tài)。

第2步：準(zhǔn)備用于測(cè)試和安裝應(yīng)變計(jì)的PCB

由于在表面貼裝技術(shù)（SMT）回流之前僅施加有限的機(jī)械應(yīng)變，更重要的是，由于焊點(diǎn)僅在回流焊后形成，因此僅在SMT回流焊后的組裝和測(cè)試操作中需要應(yīng)變表征。通常，至少檢測(cè)兩個(gè)測(cè)試板。它們不需要具有電氣功能，但它們必須在機(jī)械上代表最新設(shè)計(jì)。

電路板準(zhǔn)備是儀器儀表過程的關(guān)鍵部分。適當(dāng)?shù)碾娐钒鍦?zhǔn)備有助于確保應(yīng)變計(jì)的正確粘合;這反過來又提高了閱讀準(zhǔn)確性。還應(yīng)按照應(yīng)變計(jì)和粘合劑供應(yīng)商提供的說明進(jìn)行應(yīng)變計(jì)連接。請(qǐng)注意，應(yīng)變計(jì)需要使用特殊配方的粘合劑系統(tǒng)，應(yīng)變計(jì)供應(yīng)商通常會(huì)提供此信息。

第3步：測(cè)量應(yīng)變

準(zhǔn)備好電路板并安裝應(yīng)變計(jì)后，PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試的第三步是將傳感器連接到數(shù)據(jù)采集儀器并運(yùn)行實(shí)際測(cè)試。測(cè)試的長(zhǎng)度可能會(huì)有所不同——在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，它通常可以運(yùn)行5到10秒。

掃描頻率或采樣率是以每秒采樣數(shù)（Hz）為單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的速率。對(duì)于PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試，建議最低掃描頻率為500Hz，盡管典型的掃描頻率范圍為500Hz至2kHz。該采樣率可確保捕獲可能發(fā)生的任何高頻動(dòng)態(tài)事件。

采樣分辨率

采樣分辨率是指數(shù)據(jù)采集硬件中模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的位數(shù)。分辨率越高，可以檢測(cè)到的輸入信號(hào)變化越小，測(cè)量越準(zhǔn)確。對(duì)于PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試，建議最小采樣分辨率為12至16位。ADC還具有增益設(shè)置，設(shè)置適當(dāng)?shù)脑鲆嬷悼纱_保充分利用數(shù)據(jù)采集硬件上的可用分辨率位。

通道數(shù)

可用監(jiān)控通道的數(shù)量限制了一次通過的測(cè)量次數(shù)。至少需要12個(gè)測(cè)量通道來監(jiān)控安裝在BGA芯片各個(gè)角落的四個(gè)堆疊玫瑰花結(jié)，并且至少需要三個(gè)通道來測(cè)量一個(gè)堆疊的玫瑰花結(jié)。雖然如果通道不足，可以進(jìn)行多次走刀，但必須在同一載荷下監(jiān)測(cè)任何堆疊花環(huán)中的所有三個(gè)量具，以避免在分析過程中出現(xiàn)任何應(yīng)變計(jì)算錯(cuò)誤。

同步采樣

必須在相同的裝載和相同的走刀中監(jiān)測(cè)堆疊的應(yīng)變管中的所有三個(gè)量具。使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備決定了如何進(jìn)行這些測(cè)量。兩種常用技術(shù)是多路復(fù)用和同步采樣。提供多路復(fù)用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有一個(gè)ADC和順序采樣通道。對(duì)于PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試，順序采樣可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變值計(jì)算錯(cuò)誤。具有同步采樣功能的數(shù)據(jù)采集設(shè)備為每個(gè)通道提供單獨(dú)的ADC，從而可以同時(shí)在所有通道上進(jìn)行測(cè)量，并消除應(yīng)變計(jì)算中的任何錯(cuò)誤。

電橋完成和激勵(lì)電壓

堆疊花環(huán)中的三個(gè)獨(dú)立量具中的每一個(gè)都是四分之一橋量具，需要電橋完成和激勵(lì)電壓（兩者都由數(shù)據(jù)采集儀器提供）才能工作。

四分之一橋應(yīng)變計(jì)傳感器的電橋完成包括提供惠斯通電橋四個(gè)臂中的三個(gè)，其中應(yīng)變片充當(dāng)?shù)谒谋邸?/p>

由于PCB材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，由于電流通過它們，量具更容易發(fā)熱.雖然使用三引線設(shè)置和四分之一橋可以減少這種影響，但應(yīng)平衡激勵(lì)電壓與信噪比（SNR）。如果電路板靜止時(shí)應(yīng)變值明顯漂移，應(yīng)降低電壓，直到這種影響消失或SNR變得可接受。通常，2V的激勵(lì)電平應(yīng)提供令人滿意的性能。

步驟4：分析和報(bào)告數(shù)據(jù)

獲得原始應(yīng)變數(shù)據(jù)后，可以開始PCB應(yīng)變計(jì)測(cè)試的最后一步-分析這些數(shù)據(jù)以計(jì)算測(cè)試期間在電路板上引起的合應(yīng)力（最大和最?。??？梢栽跍y(cè)試期間聯(lián)機(jī)完成此分析，也可以在測(cè)試完成并收集所有數(shù)據(jù)后脫機(jī)完成此分析。

分析細(xì)節(jié)因使用的特定應(yīng)變極限標(biāo)準(zhǔn)而異。許多應(yīng)變極限標(biāo)準(zhǔn)可能需要使用莫爾圓方程獲得應(yīng)變率或主應(yīng)變計(jì)算。

需要說明的是，上述的例程和文檔，都是可以下載的，雙擊即可打開，其中壓縮文件是可以采用粘貼復(fù)制的方式，拷貝到硬盤上。這不是圖片，各位小伙伴看到后嘗試一下，這個(gè)問題就不用加微信咨詢了。有關(guān)LabVIEW編程、LabVIEW開發(fā)等相關(guān)項(xiàng)目，可聯(lián)系們。附件中的資料這里無法上傳，可去公司網(wǎng)站搜索下載。