劉成臣，張洪彬，趙連紅，金濤，王浩偉

（1.中國(guó)特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門(mén) 448035；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 440106）

飛機(jī)在海洋環(huán)境下服役時(shí)長(zhǎng)期受高溫、高濕、高鹽環(huán)境因素的影響。印制電路板作為機(jī)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(jìn)入，將不易散出，會(huì)長(zhǎng)期對(duì)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(gè)小小的腐蝕都可能使整個(gè)設(shè)備癱瘓[1-6]。隨著我國(guó)飛機(jī)在南海布局，對(duì)機(jī)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(jī)壽命一般在30年左右，在自然環(huán)境下評(píng)估印制電路板的環(huán)境適應(yīng)性需要很長(zhǎng)的周期，無(wú)法滿足工程研制需求，因此必須采用加速試驗(yàn)的方法，以期在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到評(píng)估飛機(jī)服役若干年后印制電路板的性能，而建立加速試驗(yàn)和自然環(huán)境試驗(yàn)之間的相關(guān)性是評(píng)估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域環(huán)境開(kāi)展了兩種典型機(jī)載電子設(shè)備印制電路板的棚下暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)，通過(guò)絕緣電阻、品質(zhì)因數(shù)測(cè)試結(jié)果，研究了兩種試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)件

印制電路板試驗(yàn)件采用平板試樣，試驗(yàn)件尺寸為76 mm×38 mm，如圖1所示，其材料清單及特性見(jiàn)表1。

表1 印制電路板試驗(yàn)件清單

2 自然環(huán)境試驗(yàn)

西沙永興島自然暴露試驗(yàn)站，屬于典型的熱帶海洋性氣候，具有高溫、高濕、強(qiáng)輻射且日照時(shí)間長(zhǎng)、高鹽霧的氣候特點(diǎn)，環(huán)境數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。較適用于各類機(jī)載設(shè)備印制電路板對(duì)海洋環(huán)境適應(yīng)性的考核。采用棚下暴露的方式進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)周期為初始，6，12，18，24，30，36個(gè)月，每次檢測(cè) 3件，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 3。

3 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)

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(duì)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(hù)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(yàn)作為其加速腐蝕試驗(yàn)方法，試驗(yàn)條件參考GJB1 50.11A—2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法鹽霧試驗(yàn)》，試驗(yàn)條件：試驗(yàn)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(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表2 西沙年均環(huán)境數(shù)據(jù)

表3 暴露試驗(yàn)樣品性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4 加速試驗(yàn)樣品性能檢測(cè)數(shù)據(jù)

4 相關(guān)性評(píng)價(jià)

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(gè)方面進(jìn)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(yàn)方法對(duì)材料的影響規(guī)律是基本一致的，相關(guān)度的判斷見(jiàn)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(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見(jiàn)表6。

由表6可看出，PCB1、PCB2樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的秩相關(guān)系數(shù)均為1.00，為極強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明以絕緣電阻為基準(zhǔn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為極強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見(jiàn)表7。

由表7可看出，PCB1、PCB2樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的秩相關(guān)系數(shù)均為 0.80，為強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明以品質(zhì)因數(shù)基準(zhǔn)為評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為強(qiáng)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(yàn)與實(shí)驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)兩者之間為強(qiáng)相關(guān)。

4.3 加速性評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目以絕緣電阻和品質(zhì)因數(shù)的變化量為基準(zhǔn)進(jìn)行加速性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表8。

表6 以絕緣電阻為基準(zhǔn)的相關(guān)度評(píng)價(jià)

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

表8 加速性評(píng)價(jià)

由表8可知，以絕緣電阻為基準(zhǔn)，得出PCB1、PCB2樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)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(shuō)明該實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方案對(duì)PCB2的加速效果更加明顯。

5 結(jié)論

1）通過(guò)秩相關(guān)系數(shù)法說(shuō)明了電子設(shè)備印制電路板西沙環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室鹽霧試驗(yàn)兩者之間的強(qiáng)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(píng)價(jià)得出實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法對(duì) 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(yàn)的加速處理提供依據(jù)。

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