印制电路板海洋环境试验与实验室环境试验相关性研究

刘成臣，张洪彬，赵连红，金涛，王浩伟

（1.中国特种飞行器研究所 结构腐蚀防护与控制航空科技重点实验室，湖北 荆门 448035；2.工业和信息化部电子第五研究所，广州 440106）

飞机在海洋环境下服役时长期受高温、高湿、高盐环境因素的影响。印制电路板作为机载电子装备的关键部件一般处于内部环境，盐雾和湿气一旦进入，将不易散出，会长期对印制电路板产生作用，导致电路板发生腐蚀，而电路板一个小小的腐蚀都可能使整个设备瘫痪[1-6]。随着我国飞机在南海布局，对机载电子设备印制电路板的环境适应性提出了更高的要求。飞机寿命一般在30年左右，在自然环境下评估印制电路板的环境适应性需要很长的周期，无法满足工程研制需求，因此必须采用加速试验的方法，以期在短时间内达到评估飞机服役若干年后印制电路板的性能，而建立加速试验和自然环境试验之间的相关性是评估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域环境开展了两种典型机载电子设备印制电路板的棚下暴露试验和实验室盐雾试验，通过绝缘电阻、品质因数测试结果，研究了两种试验环境的相关性。

1 试验件

印制电路板试验件采用平板试样，试验件尺寸为76 mm×38 mm，如图1所示，其材料清单及特性见表1。

表1 印制电路板试验件清单

2 自然环境试验

西沙永兴岛自然暴露试验站，属于典型的热带海洋性气候，具有高温、高湿、强辐射且日照时间长、高盐雾的气候特点，环境数据见表2。较适用于各类机载设备印制电路板对海洋环境适应性的考核。采用棚下暴露的方式进行试验，检测周期为初始，6，12，18，24，30，36个月，每次检测 3件，检测数据见表 3。

3 实验室加速试验

影响印制电路板腐蚀的环境因素包括温度、湿度、盐雾等，其中盐雾对印制电路板的影响最为显著。盐雾附在印制电路板涂层表面后，小体积的氯离子容易穿透印制电路板防护涂层中的微孔，并渗透到覆铜箔的印制电路层，引起材料的老化和电子电路金属物的腐蚀。因此选用盐雾试验作为其加速腐蚀试验方法，试验条件参考GJB1 50.11A—2009《军用设备实验室环境试验方法盐雾试验》，试验条件：试验温度为（35±2）℃，盐溶液质量分数为 5%±1%，盐溶液pH 值为 6.5～7.2，盐雾沉降率为（1.0～2.0）mL/(80 cm2·h)；喷雾方式为连续。检测数据见表4。

表2 西沙年均环境数据

表3 暴露试验样品性能检测数据

表4 加速试验样品性能检测数据

4 相关性评价

为了准确获知两种环境的相关性，从相关度和加速性两个方面进行表征，其中相关度采用了秩相关系数法。秩相关系数R越接近1，相关度越好，即两种试验方法对材料的影响规律是基本一致的，相关度的判断见表5。加速性以绝缘电阻、品质因数的变化量为指标。

表5 相关度的判断

4.1 以绝缘电阻为基准

以绝缘电阻为基准，实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表6。

由表6可看出，PCB1、PCB2样品实验室加速试验和自然暴露试验的秩相关系数均为1.00，为极强相关，说明以绝缘电阻为基准评价实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为极强相关。

4.2 以品质因数为基准

以品质因数为基准，实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表7。

由表7可看出，PCB1、PCB2样品实验室加速试验和自然暴露试验的秩相关系数均为 0.80，为强相关，说明以品质因数基准为评价实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为强相关。

综合表6和表7，可以认为电子设备印制电路板西沙环境试验与实验室盐雾试验两者之间为强相关。

4.3 加速性评价

本项目以绝缘电阻和品质因数的变化量为基准进行加速性评价，评价结果见表8。

表6 以绝缘电阻为基准的相关度评价

表7 以品质因数为基准的相关度评价

表8 加速性评价

由表8可知，以绝缘电阻为基准，得出PCB1、PCB2样品实验室加速试验的加速系数分别为 2.5、3.3；以品质因数变化为基准，得出PCB1、PCB2的加速系数分别为4.5、7，平均加速系数为3.5、5.15，说明该实验室加速试验方案对PCB2的加速效果更加明显。

5 结论

1）通过秩相关系数法说明了电子设备印制电路板西沙环境试验与实验室盐雾试验两者之间的强相关性。

2）以绝缘电阻和品质因数的变化程度为基准评价得出实验室加速试验方法对 PCB1、PCB2样品的加速系数为 3.5，5.15。可为后续西沙环境试验的加速处理提供依据。

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