利用应力测试分析确保PCB板可靠性

关键的外卖

• 什么是PCB应力测试分析
• PCB应力测试类型
• 结构和运行可靠性概述

设备可靠性包括确保电路板能够承受冲击、环境因素等

在设计电路板时，一个很大的压力来源是你的电路板在现场时如何支撑。这种焦虑可以通过在开发过程中测试PCB来缓解，以确保它能够在运行过程中承受可能施加在其上的电气、热和机械应变。实施这些评估和获得的结果被称为PCB压力测试分析。让我们来研究一下这种测试，涉及的压力测试类型，以及如何利用它们来确保PCB的可靠性。

什么是PCB应力测试分析?

PCB应力测试是对电路板承受力或参数应变能力的评估。该测试的目的是确定板将保持其结构完整性和功能的范围。这些范围的极限的确定是PCB应力分析。执行压力测试有各种各样的技术、方法和过程;然而，这些测试大多可以分为机械、电气或热测试。

PCB应力测试类型

根据您的电路板安装和操作的环境，它可能会受到不同类型的压力。例如，部署在关键系统中的pcb，如航空航天平台、汽车和工业设备，可能受到来自连续或间歇运动和振动的力的影响。因此，如下图所示，对为这些行业开发的电路板进行振动应力测试是很常见的。

振动和其他力学测试用于确定板的结构极限，超过这个极限就会发生物理故障。这些和其他PCB压力测试类型在下表中列出。

PCB应力测试类型

董事会的性质	压力的问题	潜在的失败
机械	荷载作用下的结构完整性	变形、裂缝、断裂
电	跟踪和通过容量，连续性	短裤，烧伤，着火
热	温度范围，热-冷循环次数	分层，焊点连接不良

如上表所示，您的电路板容易受到机械、电气和热应力的影响，其中任何一个都可能使其无法使用。因此，忽视确保电路板的环境不会对其施加不适当的压力是PCB可靠性的一个主要因素，如果需要过多的更换或召回，则可能代价高昂。可以通过在PCB开发期间进行压力测试分析来避免这些不良结果。

什么是PCB可靠性，为什么它很重要?

设备可靠性和压力测试密切相关。进行压力测试以确保设备可靠。PCB可靠性是指电路板在预期寿命内不会经历结构、操作或电气故障的确定程度。制造可靠的设备是一项宝贵的资产在减少产品失败次数和退货体验方面。

当pcb在标准化的实验室环境中进行测试时，这并不一定意味着它们在部署时能够承受得住。这就是为什么可靠性设计(DfR)是至关重要的;电路板的故障会导致时间、金钱甚至生命的损失。DfR涉及故障点的识别，因为它的设计是为了在制造之前解决它们。进行压力测试并遵循DfR协议将有助于降低成本，并在问题出现在最终产品上之前突出问题。

PCB可靠性标准

IPC标准是行业采用的一套PCB设计、制造和组装标准。IPC制定的标准确保我们使用的电子产品是可靠的。具体来说，IPC分离电子设备分为3类：

• 第1类定义了一般消费电子产品的要求。这些电子产品的寿命周期通常很短，故障不会引起严重问题。
  
• 第二类电子产品包括专用服务产品，如电视、微波炉和笔记本电脑。它们的生命周期通常较长，持续的性能是必要的。
  
• 3类电子产品是最高标准，包括针对航空航天、军事和医疗应用的高可靠性产品。如果它们失败，可能会导致严重的问题，因此必须在最严格的指导方针下提供不间断的服务。

您的电路板在运行期间的可靠性不仅是满足客户和最终用户的要求，而且是由刚性印制板的鉴定和性能规范而且挠性/刚性-挠性印制板的鉴定和性能规范根据IPC-6011印制板通用性能规范中规定的性能分类。这些标准提供了特定的尺寸和公差，您的制造板必须遵守。

PCB可靠性缺失和常见故障模式

飞探针测试可确保设备可靠性

在创建PCB时，重要的是保持设计的可靠性(DFR)，因为如果没有它，设备可能会因为多种不同的原因而故障。之前讨论的许多压力测试在pcb上市前检测故障点方面是有价值的。外部操作环境(如湿度、灰尘或其他空气中的物质)可能导致单板故障。常见的故障模式包括:

• 大量的电磁干扰(EMI)可能发生，特别是当您的电路板离开实验室测试设置时。在特别嘈杂的环境中，信号会被破坏。
  
• 热稳定性好当在两个极端温度之间反复循环时，就会出现问题，热冲击，还是没有好一般热管理消除热点。出于这个原因，你必须设计均匀的热量分布布局，避免堆积太多的埋孔，并使用正确的衬底和焊接材料．
  
• 组件选择不匹配-如果您希望您的电路板在严格的公差下工作，无论是在温度方面还是在设计特定的电容和电感时，使用电阻和电容器等部件的公差为1%，而不是标准的5%或10%，将提高可靠性。
  
• 电力输送网络(PDN)问题电源问题可以发生在任何设备上。供应链的波动可能导致微控制器停电，ic失效，甚至更糟。

其他可靠性测试

DfR从原理图开始，一直到最终产品的验证。除了讨论的可靠性测试之外，您可能考虑进行的其他分析包括:

• 清洁度测试用于测量PCB抵抗环境危害的能力
• 量化PCB抗吸水性能的环境测试
• 可焊性测试这样可以确保所有组件都牢固地连接到电路板上
• 为制造而设计(vlsi)测试
• 装配设计(DfA)测试
• 供应链(DfSC)测试设计
• 飞行探头和无固定装置在线(福清)测试

请记住，没有一个单一的测试将确保您的板的可靠性。考虑测试方法的组合，以充分反映您的董事会的预期用例(除了它的极端!)

结构和操作可靠性

满足监管性能规范标准要求您的电路板在结构和操作上都是可靠的。

PCB结构可靠性是电路板在其整个运行生命周期内保持其物理形式的能力，前提是它不受超过其结构耐久性范围边界的力的影响。

PCB运行可靠性是指电路板的电路在其运行周期内始终如一地发挥作用的能力。

结构可靠性和运行可靠性虽然是不同的属性，但并不是排他性的。事实上，董事会的运作可靠性取决于其结构可靠性。例如，电路板变形或裂缝可能会改变跟踪参数，这将影响信号和/或电源完整性。断裂可能会切断地面通道、信号层或地面平面，导致不稳定的行为或根本没有功能。热压力和电压力同样会削弱电路板的运行。因此，在开发过程中必须了解您的电路板的局限性，以确保它不会受到可能导致其在现场失败的压力。实现这一点的最佳方法是使用PCB应力测试分析。

通过应力测试分析确保PCB的可靠性

崇尚物理测量或实验优点的科学方法是所有良好测试过程的基础。PCB压力测试也是如此。对于机械测试，这仍然是评估电路板承受物理力压力倾向的首选方法。许多合同制造商(CMs)可以对单个板或整板执行这些类型的测试软件测试如飞探测试。这种基于夹具的测试增加了板的等待时间和成本;然而，该领域的高故障率将付出更大的代价。

与机械应力测试相比，在制造前了解板的热特性是有利的。这使您能够做出最佳的材料选择和布局板，以获得最佳的热分布。这两者都将有助于你的板建设。

在组装过程中，您的电路板会在很长一段时间内承受高温。这些温度可高达250°C无铅焊接。此外，为了获得良好的焊点连接质量，焊料必须分布在整个区域。

电气压力测试，即确定组件和痕迹可以承受的电气参数变化范围，也应该在设计期间进行。事实上，这些决定应该是组件选择和布局路由的主要因素。为了运行的可靠性，热应力和电应力是相互依赖的。过热会影响部件的工作，有些部件本身也会发热。

PCB设计软件的压力测试

在设计过程中可以并且应该进行热和电气测试;但是，它确实要求您的PCB设计软件能够执行这些功能。通过Cadence的PCB设计和分析工具套件，可以轻松地进行评估电路板热应力和电应力能力的模拟。

PSpice先进的SMOKE分析可以确定器件功耗、最大电流限制、二次击穿限制、结温度和器件终端的击穿电压。在考虑设备可靠性时，特别是在热或电测试时，这些信息是至关重要的。