Las placas de circuito impreso (PCB) utilizadas en el espacio, la defensa, la aeronáutica y el transporte no pueden tolerar fallos en servicio.
Antes de su despliegue, estos sistemas deben superar las pruebas de calificación ambiental, que incluyen vibración, choque, ciclos térmicos, radiación, compatibilidad electromagnética (CEM) y protección contra la entrada de elementos.
En las pruebas de vibración específicamente, los fallos de la PCB suelen surgir de:
– Grietas en las juntas de soldadura
– Desprendimiento de componentes
– Deslaminación de la almohadilla
– Fractura de la traza
Todos estos fallos están relacionados con la respuesta dinámica bajo carga vibratoria y pueden comprometer toda una misión o sistema.
Por lo tanto, es esencial comprender cómo se deforman y vibran realmente las PCB bajo carga.
Las herramientas estándar como los acelerómetros proporcionan el movimiento general de la placa, pero no pueden medir la vibración en los componentes individuales, donde se originan los fallos. Las PCB pobladas no son placas planas uniformes. Tienen distribuciones complejas de masa y rigidez causadas por los componentes, las juntas de soldadura y las trazas de cobre. Esto hace que el modelado y la simulación sean muy inciertos. Un vibrómetro láser Doppler (LDV) permite la medición de vibraciones sin contacto, pero los LDV de escaneo convencionales solo capturan un punto a la vez. Eso significa largos tiempos de adquisición, excitaciones repetidas y riesgo de perder comportamientos localizados.¿Por qué las pruebas de PCB basadas en acelerómetros se quedan cortas?
Uso de la vibrometría láser y el RADAR láser para las pruebas de PCB
El enfoque de Ommatidia utiliza la vibrometría láser Doppler (LDV) masivamente paralela, basada en los principios de medición RADAR láser e interferométricos, para capturar docenas de puntos de medición simultáneamente.
Este método proporciona:
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- Medición sin contacto (sin carga de masa, sin cableado)
- Alta resolución espacial en toda la superficie de la PCB
- Datos síncronos en todos los puntos sin necesidad de unir ni de realizar barridos repetidos
- Visualización clara del comportamiento de la vibración a nivel de componente
Es particularmente adecuado para entornos en los que las PCB deben sobrevivir a vibraciones aleatorias, vibraciones sinusoidales, cargas de lanzamiento, retroceso de armas, dinámica ferroviaria de alta velocidad o fatiga continua.
Más información sobre la vibrometría láser →
Configuración de la prueba: PCB bajo excitación de vibración
Se montó una PCB poblada en un agitador lineal con vibración aplicada perpendicular al plano de la placa. CB bajo prueba, fotografiada con la cámara integrada Q2 de Ommatidia. La línea de puntos representa las posiciones de los 65 puntos de medición simultáneos utilizados para la adquisición de vibraciones. Parámetros clave de la configuración: La respuesta en frecuencia reveló tres picos de resonancia distintos a aproximadamente 150 Hz, 200 Hz y 250 Hz. A continuación, el agitador se accionó a cada frecuencia de resonancia individualmente para capturar las formas de deflexión operativas.
Modos de vibración de la PCB cuando se excita a 150 Hz (izquierda), 200 Hz (centro) y 250 Hz (derecha).
Observaciones críticas de la medición de alta densidad
Los patrones de vibración diferían significativamente de los esperados en una placa plana simple.
Los componentes rigidizaron las regiones circundantes, alterando los patrones de deflexión locales, y las líneas nodales eran claramente visibles a 150 Hz y 200 Hz.
Observación de la presencia de líneas nodales a 150 Hz y 200 Hz.
Esto confirma que la colocación de los componentes afecta directamente al comportamiento de la vibración.
Los componentes colocados a lo largo de regiones de alta velocidad o cerca de líneas nodales se enfrentan a un mayor riesgo de fatiga de la soldadura, deslaminación de la almohadilla o fractura durante el lanzamiento, el vuelo, el transporte o las condiciones de impacto.
Si bien esta técnica proporciona datos de deflexión operativa de alta densidad, todavía no es un análisis modal experimental completo.
Sin embargo, permite a los ingenieros ver cómo se comporta el hardware real bajo carga, al principio del proceso de diseño y calificación.
Por qué esto es importante para el espacio, la defensa y la aeronáutica
Para los equipos que desarrollan aviónica de naves espaciales, sistemas de guía de misiles, electrónica de UAV, señalización ferroviaria, sistemas de radar de defensa o computadoras de control de vuelo, este enfoque ofrece beneficios tangibles:
- No se requieren acelerómetros. Sin masa añadida, sin cableado
- Datos cuantitativos de vibración a nivel de componente
- Detección de áreas propensas a fallos antes de las pruebas de calificación
- Mejor correlación entre la simulación y el comportamiento del hardware
- Apoya la optimización del diseño de la PCB para entornos hostiles
Reflexiones finales
En aplicaciones críticas para la vibración, es esencial comprender cómo se deforma una PCB bajo excitación.
Utilizando la vibrometría láser Doppler masivamente paralela basada en el RADAR láser y la medición interferométrica, los ingenieros pueden ahora observar las velocidades de vibración a través de los componentes, no solo el movimiento a nivel de la placa.
Estos datos de respuesta de vibración de alta densidad pueden servir de base para un análisis modal completo posterior con una resolución y velocidad que superan las de las herramientas tradicionales.
Las futuras notas técnicas demostrarán flujos de trabajo completos de extracción de parámetros modales.
Si trabaja en el espacio, la defensa, el transporte o la aeronáutica y desea evaluar este método en su propio hardware, el equipo de Ommatidia puede ayudarle con la configuración de las pruebas y la interpretación de los datos.
Visite ommatidia-lidar.com o envíe un correo electrónico a sales@ommatidia-lidar.com.
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