1. 高空试验的核心目的
印刷电路板（PCB）高空试验（通常指高海拔/低气压环境试验）主要用于验证PCB在以下场景下的可靠性：
航空/航天领域：机载电子设备PCB需适应高空极端环境（低气压、低温、振动、辐射）。消费电子：便携式设备（如无人机、卫星电话）PCB需验证空运或高原使用可靠性。工业控制：高原地区输油管道监控系统、矿山通风设备PCB需抵抗气压波动和温差。汽车电子：车载传感器PCB需通过高原道路测试（如海拔5000米以上）。
关键验证指标：
电气性能：信号完整性（如阻抗匹配、串扰）、电源完整性（如电压降）。机械可靠性：焊点强度、基材膨胀/收缩导致的分层或开裂。环境适应性：低气压下凝露导致的短路风险、温度循环对材料的影响。密封性：灌封胶或三防漆在低气压下的附着力及防潮性能。
2. 试验方法与标准
（1）试验设备
低气压试验箱：模拟海拔0-30,000米（1013hPa至22hPa）气压变化，可集成温度（-70℃~+150℃）、湿度（5%~95%RH）、振动（0.1g~50g）控制。复合环境试验系统：结合盐雾、紫外线、沙尘等条件，模拟极端使用环境。电气测试设备：网络分析仪（测试阻抗）、示波器（信号完整性）、绝缘电阻测试仪（防潮性能）。显微检测设备：X射线检测仪（焊点内部缺陷）、扫描电镜（SEM，分析材料微观结构）。
（2）标准依据
国际标准：
IPC-TM-650（PCB通用测试方法，如2.6.27低气压试验）MIL-STD-810G（方法500.5低气压、方法503.5温度冲击）RTCA DO-160（航空电子设备环境条件，Section 4.5低气压）
行业规范：
汽车电子：ISO 16750-4（道路车辆电气电子设备环境条件）消费电子：IEC 60068-2-13（低气压试验）、GB/T 2423.21（中国标准）军工产品：GJB 360B（电子及电气元件试验方法）
（3）典型试验流程
1、预处理：
清洁PCB（去除助焊剂残留），目视检查表面缺陷（如划痕、毛刺）。电气测试（如开路/短路测试、阻抗测量）。
2、降压阶段：
缓慢降压至目标气压（如50kPa，模拟海拔5500米），速率≤10kPa/min。监测关键信号（如高速数字信号的眼图、电源噪声）。
3、稳态测试：
持续2-4小时，记录电气参数（如阻抗变化、绝缘电阻）。执行动态测试（如快速气压变化时信号的稳定性）。
4、恢复阶段：
缓慢恢复至常压，检查PCB是否出现物理损伤（如基材分层、焊点开裂）。重新进行电气测试，对比预处理数据。
5、附加测试（根据需求）：
温度循环（-55℃~+125℃）与低气压复合试验。振动（随机/正弦）与低气压同步加载。盐雾试验（验证低气压下防潮性能）。
3. 常见问题与解决方案
问题1：PCB基材分层或开裂
原因：
低气压导致基材（如FR-4）与铜箔之间的粘接剂膨胀系数不匹配。温度循环加速热应力累积（如-40℃~+85℃）。
解决方案：
选用高Tg（玻璃化转变温度）基材（如Tg≥170℃的FR-4）。优化层压工艺（如增加粘接剂厚度、降低固化温度）。增加阻焊层厚度（如从20μm增至35μm）以减少应力集中。
问题2：焊点失效（开路/虚焊）
原因：
低气压下气体膨胀导致焊点内部空洞扩大（如BGA焊球）。振动与低气压复合作用加速焊点疲劳。
解决方案：
优化回流焊温度曲线（如增加预热时间、降低峰值温度）。选用无铅焊料（如SAC305）替代有铅焊料（提高抗疲劳性）。增加底部填充胶（Underfill）以分散应力。
问题3：信号完整性下降
原因：
低气压导致介质常数变化（如FR-4的Dk值从4.5降至4.2），影响阻抗匹配。电源平面与地平面之间的电容减小，导致电源噪声增加。
解决方案：
优化PCB叠层设计（如增加电源/地平面的间距）。选用低损耗基材（如PTFE基材，Dk=2.2）。增加去耦电容（如0.1μF陶瓷电容靠近电源引脚）。
问题4：三防漆/灌封胶脱落
原因：
低气压下气体膨胀导致涂层与PCB表面分离（如硅胶灌封）。温度循环加速涂层老化（如开裂、起泡）。
解决方案：
选用低挥发性灌封胶（如聚氨酯替代硅胶）。增加涂层厚度（如从50μm增至100μm）以提高附着力。表面处理（如等离子清洗）以增强涂层与基材的结合力。
4. 不同类型PCB的试验重点
（1）高频PCB（如雷达、5G通信）
关键试验：
低气压下的介质损耗（Df）测试（如Df≤0.005）。
信号完整性（如眼图张开度、串扰）。
典型失效模式：阻抗失控、信号衰减超标。
（2）高密度互连（HDI）PCB
关键试验：
微孔（Via）可靠性（如热冲击后微孔开裂）。
低气压下的层间绝缘电阻（如≥100MΩ）。
典型失效模式：微孔断裂、层间短路。
（3）柔性PCB（FPC）
关键试验：
弯曲疲劳（如10,000次弯曲后阻抗变化≤5%）。
低气压下的覆铜膜附着力（如百格测试）。
典型失效模式：覆铜膜脱落、弯折处断裂。
（4）金属基PCB（MCPCB）
关键试验：
低气压下的导热系数（如≥2W/m·K）。
绝缘层耐压（如500V AC/1min无击穿）。
典型失效模式：绝缘层击穿、导热垫脱落。
5. 实际应用建议
（1）设计阶段
材料选择：
基材：航空用PCB选用聚酰亚胺（PI）或陶瓷填充PTFE（耐高温、低损耗）。
焊料：选用高可靠性无铅焊料（如SN100C）。
涂层：选用抗凝露三防漆（如丙烯酸酯类）。
结构优化：
增加阻焊膜开窗面积（减少低气压下气体聚集）。
优化布线（避免高速信号线跨分区）。
（2）测试阶段
优先测试项：
快速降压-稳态-恢复循环（模拟空运场景）。
温度循环（-55℃~+125℃）与低气压复合试验。
振动（随机/正弦）与低气压同步加载。
失效分析：
若出现分层，需通过X射线检测层间间隙（如≥0.1mm为失效）。
若信号衰减超标，需分析介质常数变化（如Dk偏差＞5%需重新设计）。
（3）量产阶段
抽样比例：
关键PCB（如航空用）100%低压筛选。
消费电子PCB抽检≥5%（按AQL 0.65标准）。
可靠性验证：
通过HALT（高加速寿命试验）发现潜在失效模式。
长期存储测试（60℃/90%RH条件下存放96小时）。