将面向故障的加速测试(FOAT)应用于PCB DFR

2020年6月1日

你能带走什么

什么是设备可靠性?
什么是PCB可靠性设计(DFR)?
如何使用面向失败的加速测试(FOAT)进行有效的DFR。

为PCB DFR选择正确的路径

我觉得我是个很好的孩子。现在，我可能是我父母头上一两根白头发的原因，但总的来说，我希望我能给他们带来更多的微笑，而不是叹息或更糟糕的事情。然而，我清楚地记得，有几次我做了一些恶作剧，而我妈妈似乎总是知道的。是的，我可以证明母亲确实有一种不可思议的直觉。

毫无疑问，直觉有时可以引导你走上正确的道路。然而，当涉及到设计电路板的可靠性时，遵循一个更合乎逻辑的过程可能是最好的。尽管大多数设计师可能觉得他们的设计是完美无缺的，但风险管理通常需要对电路板的性能进行评估，这表明一些电路板会过早地失败。因此，逻辑决定了设计的可靠性步骤;比如那些被可靠性工程师融入你的电路板的开发过程。

让我们首先来看看设备可靠性和设计师在实现这一目标或可靠性设计(DFR)中的作用。然后，我们可以探索如何使用统计故障率(SFR)分析方法，以故障为导向的加速测试(FOAT)，来指导我们的DFR工作，不仅是为了可靠性，而且是为了优化电路板开发过程的效率。

什么是设备可靠性?

当有人说朋友或同事可靠时，他们是在断言这个人是可靠的。换句话说，如果被邀请，他们相信这个人能够做到他们所要求的。一般来说，电子设备的可靠性也是如此。然而，在科学和工程中，量化要求我们能够更精确地定义可靠性。最好是在一些观察或度量方面。在下面的[1]图中，故障率用于说明电子设备可靠性在其生命周期中的变化。

电子设备故障率曲线

上图显示了所谓的浴缸曲线，这是一种常见的曲线设备可靠性电子设备生命周期中故障的三个阶段的表示:减少，恒定和增加。现在，让我们看看如何使用故障率作为可靠性策略设计的基础。

为可靠性设计pcba

一旦在现场，观察到的故障是电路板可靠性的一个极好的和精确的度量。对于风险管理，这类实际结果被用作催化剂，以不断更新PCBA开发流程。然而，这种改进可靠性的策略并不是最有效的，因为它的成功取决于发生足够多的故障，这样就可以识别出风险因素，并设计出有效的控制措施来减轻风险。在部署电路板之前能够预测故障率会好得多。

在部署PCBA之前，最常用的可靠性评估方法是测试。电路板测试有很多种。有些是非侵入性的，可以通过手动或自动光学检查(AOI)来完成。其他在线测试(信通技术);例如飞行探头(如下图所示)和钉子床，测试组件和电路的功能有助于评估可靠性，但要求包括设计步骤，以方便在制造过程中使用。

飞探头PCBA测试

例如，钉床测试要求测试对象的规格说明和专用测试设备的构造，这将延长制造的周转时间。还有破坏性测试技术;例如高加速寿命测试(HALT)和比较跟踪指数(CTI)测试，可以用来确定电路板在物理损坏之前可以承受的压力量。

毫无疑问，测试可以用来量化电路板何时以及是否会在现场出现故障。缺点是大多数测试方法都有相关的成本;包括无法使用的电路板和时间延迟，这使得它们在确定电路板可靠性时没有达到最佳效率。为了帮助解决这个问题，有可靠性设计(DFR)模拟和有限元分析可以执行的;例如EMC/EMI、电源完整性(PI)、信号完整性和热评估。然而，在可靠性是主要考虑因素的大多数情况下，测试的准确性要求它必须进行。

如上所示，设备的可靠性需要设计师和合同制造商(CM)之间的合作。因此，DFR既涉及执行测试或模拟，也涉及为物理测试指定标准。

基于故障导向加速测试的DFR算法

最近，通过增加一种逻辑方法来确定是否确实需要物理测试，特别是昂贵的破坏类型，从而提高DFR的效率。为了证明这种测试是不必要的，需要使用另一种量化故障率的方法。这包括准确估计随机统计故障率(SFR)的能力，填充上图2中生命周期曲线的恒定故障率部分。一种已经出现的方法是面向失败的加速测试(FOAT)。

FOAT形成了可靠性或PDFR设计的概率方法的基础或基础，并具有以下属性:

基于故障导向加速测试(FOAT)的DFR

利用物理建模
在没有物理测试的情况下量化故障率
是否比物理测试更具成本效益
允许一系列的条件

除了上面列出的优点之外，FOAT还可以用于确定是否执行物理测试。尽管计算量很大，但FOAT可以通过功能强大的数学建模软件进行，与物理测试方法相比，可以节省时间和成本。例如，如何应用FOAT;包括模型推导，见[1]。

PCBA DFR可以涉及许多过程;包括模拟和设计规范，以帮助您的电路板测试。此外，物理测试的结果可能需要重新设计，以达到可接受的故障率。FOAT的使用可以最大限度地减少这些需求，并提高PCBA开发过程的效率。无论哪种情况，都是高级的PCB设计与分析包;如Cadence Allegro是优化DFR过程所必需的。此外，的使用DesignTrue DFM技术将使您能够生成可由CM制造的初始设计，并节省与过多的树脂相关的时间和成本。

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