Trillingsanalyse van PCB’s met behulp van laservibrometrie
Printplaten (PCB’s) die worden gebruikt in de ruimtevaart, defensie, luchtvaart en transport kunnen geen storingen tijdens gebruik tolereren.
Voor inzet moeten deze systemen omgevingskwalificatietests doorstaan, waaronder trillingen, schokken, thermische cycli, straling, elektromagnetische compatibiliteit (EMC) en indringingsbescherming.
Bij trillingstests ontstaan PCB-storingen vaak door:
– Soldeerverbinding scheuren
– Component loslating
– Pad delaminatie
– Spoor breuk
Al deze storingen zijn gekoppeld aan dynamische respons onder trillingbelasting en kunnen een hele missie of systeem in gevaar brengen.
Het begrijpen van hoe PCB’s daadwerkelijk vervormen en trillen onder belasting is essentieel voor compromisloze betrouwbaarheid.
Standaardtools zoals accelerometers geven algemene plaatbeweging weer maar kunnen geen trillingen meten bij individuele componenten, waar storingen ontstaan. Bevolkte PCB’s zijn geen uniforme vlakke platen. Ze hebben complexe massa- en stijfheidsverdelingen veroorzaakt door componenten, soldeerverbindingen en kopersporen. Dit maakt modellering en simulatie zeer onzeker. Een Laser Doppler Vibrometer (LDV) maakt contactloze trillingsmeting mogelijk, maar conventionele scanning LDV’s leggen slechts één punt tegelijk vast. Dat betekent lange acquisitietijden, herhaalde excitaties en het risico om gelokaliseerd gedrag te missen.Waarom accelerometer-gebaseerde PCB-tests tekortschieten
Gebruik van laservibrometrie en laser RADAR voor PCB-tests
Ommatidia’s benadering gebruikt massaal parallelle Laser Doppler Vibrometrie (LDV), gebaseerd op Laser RADAR en interferometrische meetprincipes, om tientallen meetpunten gelijktijdig vast te leggen.
Deze methode biedt:
-
- Contactloze meting (geen massabelasting, geen bedrading)
- Hoge ruimtelijke resolutie over het oppervlak van de PCB
- Synchrone gegevens over alle punten zonder samenvoegen of herhaalde sweeps
- Duidelijke visualisatie van trillingsgedrag op componentniveau
Het is bijzonder geschikt voor omgevingen waar PCB’s willekeurige trillingen, sinustrillingen, lanceerbelastingen, wapenrecul, hogesnelheidsspoorwegdynamiek of continue vermoeidheid moeten overleven.
Meer informatie over laservibrometrie →
Testopstelling: PCB onder trillingsexcitatie
Een bevolkte PCB werd gemonteerd op een lineaire shaker met trillingen toegepast loodrecht op het vlak van de plaat. PCB onder test, afgebeeld met Ommatidia’s Q2 geïntegreerde camera. De lijn van punten vertegenwoordigt de posities van de 65 gelijktijdige meetpunten gebruikt voor trillingsacquisitie. Belangrijke opstelling parameters: De frequentierespons onthulde drie verschillende resonantiepieken bij ongeveer 150 Hz, 200 Hz en 250 Hz. De shaker werd vervolgens individueel aangedreven bij elke resonantiefrequentie om de operationele vervormingsvormen vast te leggen.
Trillingsmodi van de PCB wanneer geëxciteerd bij 150Hz (links), 200Hz (midden) en 250 Hz (rechts).
Kritieke observaties van hoge-dichtheid meting
De trillingspatronen verschilden aanzienlijk van die verwacht in een eenvoudige vlakke plaat.
Componenten verstijfden omringende gebieden, veranderden lokale vervormingspatronen, en knooppuntlijnen waren duidelijk zichtbaar bij 150 Hz en 200 Hz.
Observatie van de aanwezigheid van knooppuntlijnen bij 150 Hz en 200 Hz.
Dit bevestigt dat componentplaatsing direct het trillingsgedrag beïnvloedt.
Componenten gepositioneerd langs hoge-snelheidsgebieden of nabij knooppuntlijnen lopen hoger risico op soldeervermoeidheid, pad delaminatie of breuk tijdens lancering, vlucht, transport of impactcondities.
Deze operationele vervormingsdata met hoge dichtheid brengt de resonantierespons van de bestukte PCB ruimtelijk in kaart en vormt een sterke basis voor experimentele modale analyse en kwalificatieplanning.
Het stelt ingenieurs echter in staat om te zien hoe echte hardware zich gedraagt onder belasting, vroeg in het ontwerp- en kwalificatieproces.
Waarom dit belangrijk is voor ruimtevaart, defensie en luchtvaart
Voor teams die ruimtevaartelektronica, raketgeleidingssystemen, UAV-elektronica, spoorwegsignalering, defensieradarsystemen of vluchtcontrolcomputers ontwikkelen, biedt deze benadering tastbare voordelen:
- Geen accelerometers vereist. Geen toegevoegde massa, geen bedrading
- Kwantitatieve trillingsgegevens op componentniveau
- Detectie van storingsgevoelige gebieden voor kwalificatietests
- Betere correlatie tussen simulatie en hardwaregedrag
- Ondersteunt PCB-layoutoptimalisatie voor zware omgevingen
Slotgedachten
In trillingskritieke toepassingen is het begrijpen van hoe een PCB vervormt onder excitatie essentieel.
Met massaal parallelle Laser Doppler Vibrometrie gebaseerd op Laser RADAR en interferometrische meting kunnen ingenieurs nu trillingssnelheden over componenten observeren, niet alleen plaatbeweging.
Deze hoge-dichtheid trillingsresponsgegevens kunnen dienen als basis voor een daaropvolgende volledige modale analyse met resolutie en snelheid die die van traditionele tools overtreffen.
Toekomstige technische notities zullen volledige modale parameter extractie workflows demonstreren.
Als u werkt in ruimtevaart, defensie, transport of luchtvaart en deze methode wilt evalueren op uw eigen hardware, kan Ommatidia’s team assisteren met testopstelling en gegevensinterpretatie.
Bezoek ommatidia.tech of email info@ommatidia.tech.
Vragen over PCB-trillingstests
Gebruik de gepubliceerde Q2-opstelling met 65 punten om trillingen op componentniveau te verbinden met modale analyse, printplaatontwerp en kwalificatieplanning.
Wat mat de gepubliceerde PCB-test?
Een bestukte PCB werd loodrecht op het vlak aangeslagen op een lineaire shaker. Q2 registreerde 65 oppervlaktesnelheden tegelijk tijdens een chirp van DC tot 600 Hz. Pieken rond 150, 200 en 250 Hz werden gebruikt om operationele doorbuigingsvormen te tonen.
Hoe ondersteunen deze gegevens modale analyse en kwalificatie?
De dichte synchrone operationele vervormingsdata toont resonanties rond 150, 200 en 250 Hz en laat de beweging van de bestukte printplaat bij elke frequentie zien. Teams kunnen hiermee modale extractie plannen, simulatie en hardware correleren, fixtures en invoer verfijnen en de toepasselijke kwalificatieworkflow opbouwen.
Hoe werken laservibrometrie en versnellingsmeters samen?
Laservibrometrie brengt veel componenten en bordlocaties in kaart zonder sensormassa of bedrading toe te voegen. Versnellingsmeters leveren shakerregeling en referentiekanalen, zodat ruimtelijke optische dekking en gevestigde testingangen in één gesynchroniseerd plan samenkomen.
Hoe wordt een PCB-meetprogramma geconfigureerd?
Definieer bestukking, fixture, randvoorwaarden, richting en profiel, frequentieband, verwachte snelheid, optische toegang, puntdichtheid, referentiekanalen, synchronisatie en uitvoer. Deze gegevens bepalen de Q2-acquisitie en analyse voor bord en programma.
Delen
