重要用途向けPCBの振動解析

宇宙、防衛、航空、輸送分野で使用されるプリント基板（PCB）は、運用中の故障を許容できません。

配備前に、これらのシステムは振動、衝撃、熱サイクル、放射線、電磁両立性（EMC）、防塵防水保護を含む環境適格性試験に合格する必要があります。

特に振動試験において、PCBの故障は以下の原因で発生することが多くあります：

– はんだ接合部のクラック

– コンポーネントの脱落

– パッドの剥離

– 配線の破断

これらの故障はすべて振動負荷下での動的応答に関連しており、ミッション全体やシステム全体を危険にさらす可能性があります。

したがって、PCBが負荷下で実際にどのように変形し振動するかを理解することが不可欠です。

試験セットアップ：振動励起下のPCB

実装されたPCBをリニアシェーカーに取り付け、基板面に垂直に振動を印加しました。

OmmatidiaのQ2統合カメラで撮影された試験対象CB。点の線は振動取得に使用された65の同時測定点の位置を表しています。

主要セットアップパラメータ：

• OmmatidiaのQ2レーザードップラー振動計のアナログ出力を使用し、十分な励起のために増幅して振動を駆動。
• チャープ信号はDCから600Hzまで。
• コンポーネントとPCB表面に分散された65の同時LDV測定点。

周波数応答により、約150Hz、200Hz、250Hzで3つの明確な共振ピークが明らかになりました。

その後、シェーカーを各共振周波数で個別に駆動し、動作変形形状を捕捉しました。

150Hz（左）、200Hz（中央）、250Hz（右）で励起されたときのPCBの振動モード。

 

高密度測定からの重要な観察

振動パターンは単純な平板で予想されるものとは大きく異なりました。

コンポーネントが周囲の領域を硬化させ、局所的な変形パターンを変化させ、150Hzと200Hzで節線が明確に見えました。

150Hzと200Hzでの節線の存在の観察。

これは、コンポーネントの配置が振動挙動に直接影響することを確認しています。

高速度領域や節線近くに配置されたコンポーネントは、打ち上げ、飛行、輸送、または衝撃条件下でのはんだ疲労、パッド剥離、または破断のリスクが高くなります。

この技術は高密度の動作変形データを提供しますが、まだ完全な実験モード解析ではありません。

しかし、エンジニアが設計と適格性プロセスの早期段階で、実際のハードウェアが負荷下でどのように動作するかを確認することを可能にします。

宇宙、防衛、航空分野での重要性

宇宙船アビオニクス、ミサイル誘導システム、UAV電子機器、鉄道信号、防衛レーダーシステム、または飛行制御コンピュータを開発するチームにとって、このアプローチは具体的な利益を提供します：

• 加速度計不要。追加質量なし、配線なし

• コンポーネントレベルでの定量的振動データ

• 適格性試験前の故障しやすい領域の検出

• シミュレーションとハードウェア挙動のより良い相関
• 過酷な環境向けPCBレイアウト最適化のサポート

その他の用途を見る →

最終的な考察

振動が重要な用途では、PCBが励起下でどのように変形するかを理解することが不可欠です。

レーザーRADARと干渉計測定に基づく大規模並列レーザードップラー振動計測を使用することで、エンジニアは基板レベルの動きだけでなく、コンポーネント全体の振動速度を観察できるようになりました。

この高密度振動応答データは、従来のツールを上回る分解能と速度で、その後の完全なモード解析の基礎として機能できます。

今後の技術ノートでは、完全なモードパラメータ抽出ワークフローを実証します。

宇宙、防衛、輸送、または航空分野で働いており、独自のハードウェアでこの方法を評価したい場合、Ommatidiaのチームが試験セットアップとデータ解釈を支援できます。

ommatidia-lidar.comをご覧いただくか、sales@ommatidia-lidar.comまでメールでお問い合わせください。