I circuiti stampati (PCB) utilizzati in ambito spaziale, della difesa, aeronautico e dei trasporti non possono tollerare guasti durante il funzionamento.
Prima della messa in servizio, questi sistemi devono superare i test di qualificazione ambientale, tra cui vibrazioni, urti, cicli termici, radiazioni, compatibilità elettromagnetica (EMC) e protezione dall’ingresso di agenti esterni.
Nello specifico, nei test di vibrazione, i guasti dei PCB derivano spesso da:
– Fessurazione dei giunti di saldatura
– Distacco dei componenti
– Delaminazione dei pad
– Frattura delle tracce
Tutti questi guasti sono collegati alla risposta dinamica sotto carico vibratorio e possono compromettere un’intera missione o sistema.
Comprendere come i PCB si deformano e vibrano effettivamente sotto carico è quindi essenziale.
Gli strumenti standard come gli accelerometri forniscono il movimento complessivo della scheda, ma non possono misurare le vibrazioni sui singoli componenti, dove hanno origine i guasti. I PCB popolati non sono piastre piane uniformi. Hanno distribuzioni complesse di massa e rigidità causate da componenti, giunti di saldatura e tracce di rame. Questo rende la modellazione e la simulazione altamente incerte. Un vibrometro laser Doppler (LDV) consente la misurazione delle vibrazioni senza contatto, ma gli LDV a scansione convenzionali acquisiscono solo un punto alla volta. Ciò significa lunghi tempi di acquisizione, eccitazioni ripetute e rischio di perdere comportamenti localizzati.Perché i test dei PCB basati su accelerometri sono insufficienti
Utilizzo della vibrometria laser e del laser RADAR per il test dei PCB
L’approccio di Ommatidia utilizza la vibrometria laser Doppler (LDV) massicciamente parallela, basata sui principi di misurazione laser RADAR e interferometrica, per acquisire contemporaneamente dozzine di punti di misurazione.
Questo metodo fornisce:
-
- Misurazione senza contatto (nessun carico di massa, nessun cablaggio)
- Alta risoluzione spaziale su tutta la superficie del PCB
- Dati sincroni su tutti i punti senza stitching o scansioni ripetute
- Visualizzazione chiara del comportamento delle vibrazioni a livello di componente
È particolarmente adatto ad ambienti in cui i PCB devono sopravvivere a vibrazioni casuali, vibrazioni sinusoidali, carichi di lancio, rinculo di armi, dinamiche ferroviarie ad alta velocità o fatica continua.
Scopri di più sulla vibrometria laser →
Configurazione del test: PCB sottoposto a eccitazione di vibrazione
Un PCB popolato è stato montato su uno shaker lineare con vibrazione applicata perpendicolarmente al piano della scheda. CB in prova, ripreso con la telecamera integrata Q2 di Ommatidia. La linea di punti rappresenta le posizioni dei 65 punti di misurazione simultanei utilizzati per l’acquisizione delle vibrazioni. Parametri chiave della configurazione: La risposta in frequenza ha rivelato tre distinti picchi di risonanza a circa 150 Hz, 200 Hz e 250 Hz. Lo shaker è stato quindi guidato a ciascuna frequenza di risonanza individualmente per acquisire le forme di deflessione operative.
Modi di vibrazione del PCB quando eccitato a 150 Hz (sinistra), 200 Hz (centro) e 250 Hz (destra).
Osservazioni critiche dalla misurazione ad alta densità
I modelli di vibrazione differivano significativamente da quelli previsti in una semplice piastra piana.
I componenti hanno irrigidito le regioni circostanti, alterando i modelli di deflessione locali, e le linee nodali erano chiaramente visibili a 150 Hz e 200 Hz.
Osservazione della presenza di linee nodali a 150 Hz e 200 Hz.
Ciò conferma che il posizionamento dei componenti influisce direttamente sul comportamento delle vibrazioni.
I componenti posizionati lungo regioni ad alta velocità o vicino a linee nodali corrono un rischio maggiore di affaticamento della saldatura, delaminazione dei pad o frattura durante il lancio, il volo, il trasporto o le condizioni di impatto.
Sebbene questa tecnica fornisca dati di deflessione operativa ad alta densità, non è ancora un’analisi modale sperimentale completa.
Tuttavia, consente agli ingegneri di vedere come si comporta l’hardware reale sotto carico, nelle prime fasi del processo di progettazione e qualificazione.
Perché questo è importante per lo spazio, la difesa e l’aeronautica
Per i team che sviluppano avionica per veicoli spaziali, sistemi di guida missilistica, elettronica UAV, segnalamento ferroviario, sistemi radar di difesa o computer di controllo del volo, questo approccio offre vantaggi tangibili:
- Nessun accelerometro richiesto. Nessuna massa aggiuntiva, nessun cablaggio
- Dati quantitativi sulle vibrazioni a livello di componente
- Rilevamento di aree soggette a guasti prima dei test di qualificazione
- Migliore correlazione tra simulazione e comportamento dell’hardware
- Supporta l’ottimizzazione del layout del PCB per ambienti difficili
Considerazioni finali
Nelle applicazioni critiche per le vibrazioni, è essenziale comprendere come un PCB si deforma sotto eccitazione.
Utilizzando la vibrometria laser Doppler massicciamente parallela basata su Laser RADAR e misurazioni interferometriche, gli ingegneri possono ora osservare le velocità di vibrazione attraverso i componenti, non solo il movimento a livello di scheda.
Questi dati di risposta alle vibrazioni ad alta densità possono servire come base per una successiva analisi modale completa con risoluzione e velocità superiori a quelle degli strumenti tradizionali.
Le future note tecniche dimostreranno flussi di lavoro completi per l’estrazione dei parametri modali.
Se lavori nel settore spaziale, della difesa, dei trasporti o dell’aeronautica e desideri valutare questo metodo sul tuo hardware, il team di Ommatidia può assisterti con la configurazione dei test e l’interpretazione dei dati.
Visita ommatidia-lidar.com o invia un’e-mail a sales@ommatidia-lidar.com.
Related posts
