LabVIEW开发印刷电路板PCB应变计测试

应力引起的焊点故障是印刷电路板组装（PCBA）故障的最常见模式之一。如今，随着无铅焊料材料的引入，这个问题进一步加剧，对于类似的拉伸和抗压强度，其脆性几乎是传统锡铅焊料的两倍。各种组装和测试过程可能导致PCBA上的焊点故障，因为它们甚至在发货之前就过度弯曲。下面介绍分析应变并识别有问题的设计和LabVIEW软件。

几十年来，工程师一直在使用PCB和基于PCB的产品，那么为什么应力引起的故障在今天是一个日益严重的问题呢？为了回答这个问题，研究了近年来电子行业的主要趋势如何影响PCB的最大允许应力限制.两个最相关的趋势是：

更多地使用无铅焊料代替传统的锡铅焊料

更频繁地使用紧凑型球栅阵列（BGA）组件

上述两种趋势中的每一个都分别降低了可直接施加到PCB上的最大机械应力的限制。当组合在一起时，如果超过最大允许应力，它们会大大增加焊点裂纹的可能性，并且几乎必须表征电路板和周围设备以获得最大应力水平。组装和测试过程，如在线测试（ICT）、分板或最终验证测试（FVT），涉及将电路板固定在某种形式的夹具中，然后执行任务。如果这些夹具设计不当，它们往往会在PCB上施加高于安全允许的应力.即使是精心设计的夹具，随着时间的推移，也会在PCB内部施加更高的应力.

为了主动避免故障并识别有问题的设计或工艺，可以在PCB上实施应变计测试，以表征这些潜在的高应力诱导过程的最大应力，并确保它们在允许的范围内。

印刷电路板应变计测试

通过PCB应变计测试，可以定量评估和表征潜在的高应力诱导和破坏性过程，但需要首先确定这些过程才能实施测试。

确定过程后，可以实施PCB应变计测试的以下四个步骤：

ü  选择应变计传感器

ü  准备用于测试和安装应变计的PCB

ü  测量应变

ü  分析和报告数据

第1步：选择应变计

应变计是一种电阻与设备中的应变量成比例变化的设备。由三个相互堆叠的独立应变片组成。与只能测量一个方向应变的线材应变计不同，应变花应变计测量零件表面的完整应变状态。

第2步：准备用于测试和安装应变计的PCB

由于在表面贴装技术（SMT）回流之前仅施加有限的机械应变，更重要的是，由于焊点仅在回流焊后形成，因此仅在SMT回流焊后的组装和测试操作中需要应变表征。通常，至少检测两个测试板。它们不需要具有电气功能，但它们必须在机械上代表最新设计。

电路板准备是仪器仪表过程的关键部分。适当的电路板准备有助于确保应变计的正确粘合;这反过来又提高了阅读准确性。还应按照应变计和粘合剂供应商提供的说明进行应变计连接。请注意，应变计需要使用特殊配方的粘合剂系统，应变计供应商通常会提供此信息。

第3步：测量应变

准备好电路板并安装应变计后，PCB应变计测试的第三步是将传感器连接到数据采集仪器并运行实际测试。测试的长度可能会有所不同——在记录数据时，它通常可以运行5到10秒。

扫描频率或采样率是以每秒采样数（Hz）为单位对数据进行采样的速率。对于PCB应变计测试，建议最低扫描频率为500Hz，尽管典型的扫描频率范围为500Hz至2kHz。该采样率可确保捕获可能发生的任何高频动态事件。

采样分辨率

采样分辨率是指数据采集硬件中模数转换器（ADC）的位数。分辨率越高，可以检测到的输入信号变化越小，测量越准确。对于PCB应变计测试，建议最小采样分辨率为12至16位。ADC还具有增益设置，设置适当的增益值可确保充分利用数据采集硬件上的可用分辨率位。

通道数

可用监控通道的数量限制了一次通过的测量次数。至少需要12个测量通道来监控安装在BGA芯片各个角落的四个堆叠玫瑰花结，并且至少需要三个通道来测量一个堆叠的玫瑰花结。虽然如果通道不足，可以进行多次走刀，但必须在同一载荷下监测任何堆叠花环中的所有三个量具，以避免在分析过程中出现任何应变计算错误。

同步采样

必须在相同的装载和相同的走刀中监测堆叠的应变管中的所有三个量具。使用的数据采集设备决定了如何进行这些测量。两种常用技术是多路复用和同步采样。提供多路复用的数据采集设备具有一个ADC和顺序采样通道。对于PCB应变计测试，顺序采样可能会导致应变值计算错误。具有同步采样功能的数据采集设备为每个通道提供单独的ADC，从而可以同时在所有通道上进行测量，并消除应变计算中的任何错误。

电桥完成和激励电压

堆叠花环中的三个独立量具中的每一个都是四分之一桥量具，需要电桥完成和激励电压（两者都由数据采集仪器提供）才能工作。

四分之一桥应变计传感器的电桥完成包括提供惠斯通电桥四个臂中的三个，其中应变片充当第四臂。

由于PCB材料的导热系数低，由于电流通过它们，量具更容易发热.虽然使用三引线设置和四分之一桥可以减少这种影响，但应平衡激励电压与信噪比（SNR）。如果电路板静止时应变值明显漂移，应降低电压，直到这种影响消失或SNR变得可接受。通常，2V的激励电平应提供令人满意的性能。

步骤4：分析和报告数据

获得原始应变数据后，可以开始PCB应变计测试的最后一步-分析这些数据以计算测试期间在电路板上引起的合应力（最大和最小）。可以在测试期间联机完成此分析，也可以在测试完成并收集所有数据后脱机完成此分析。

分析细节因使用的特定应变极限标准而异。许多应变极限标准可能需要使用莫尔圆方程获得应变率或主应变计算。

需要说明的是，上述的例程和文档，都是可以下载的，双击即可打开，其中压缩文件是可以采用粘贴复制的方式，拷贝到硬盘上。这不是图片，各位小伙伴看到后尝试一下，这个问题就不用加微信咨询了。有关LabVIEW编程、LabVIEW开发等相关项目，可联系们。附件中的资料这里无法上传，可去公司网站搜索下载。