利用压力测试分析确保PCB的可靠性

关键的外卖

• 什么是PCB压力测试分析
• 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

当设计电路板时，一个很大的压力来源是你的电路板在现场如何保持。这种焦虑可以通过在开发过程中测试PCB来缓解，以确保它能够在操作过程中承受可能施加在其上的电、热和机械应变。执行这些评估和获得的结果被称为PCB压力测试分析。让我们研究一下这个测试、所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压力测试分析?

PCB应力测试是对电路板承受或忍受力或参数应变的能力的评估。该测试的目的是确定电路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压力测试类型

根据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，例如航空航天平台，汽车车辆和工业设备，可能会受到连续或间歇运动和振动的力。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。

振动和其他机械测试用于确定板的结构极限，超过该极限将发生物理击穿。下表列出了这些和其他PCB压力测试类型。

PCB压力测试类型

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、裂纹、断裂
电	痕迹和经由容量，连续性	短裤，烧伤，火灾
热	温度范围，冷热循环次数	分层，焊点连接不良

如上表所示，您的电路板容易受到机械，电气和热应力的故障的影响，其中任何一种都可能使其无法使用。因此，忽略确保电路板的环境不会对其施加不适当的压力是一个主要的PCB可靠性因素，如果需要过度更换或召回，则可能代价高昂。通过在PCB开发期间执行压力测试分析，可以避免这些不良结果。

什么是PCB可靠性，为什么它很重要?

设备可靠性和压力测试是相辅相成的。进行压力测试以确保设备的可靠性。PCB可靠性是指电路板在其预期使用寿命内不会发生结构、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失败次数和返回产品体验。

当多氯联苯在标准化的实验室环境中进行测试时，并不一定意味着它们在部署时能够保持不变。这就是为什么可靠性设计(DfR)至关重要;电路板的故障会导致时间、金钱甚至生命的损失。DfR涉及到故障点的识别，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，并在最终产品出现问题之前突出问题。

PCB可靠性标准

IPC标准是PCB设计、制造和组装行业采用的一套标准。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分离电子器件分为3类：

• Class 1定义了一般消费电子产品的要求。这些电子产品的生命周期通常很短，故障不会造成严重的问题。
  
• 第二类电子产品包括专用服务产品，如电视机、微波炉和笔记本电脑。它们的生命周期通常较长，需要持续的性能。
  
• 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下提供不间断的服务。

您的电路板在操作期间执行的可靠性不仅是满足客户和最终用户的期望，而且是由刚性印制板的鉴定和性能规范和柔性/刚柔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。这些标准提供了您制造的电路板必须遵守的特定尺寸和公差。

缺席PCB可靠性和常见失效模式

飞探头测试可以保证设备的可靠性

在创建PCB时，至关重要的是保持设计的可靠性(DFR)，因为如果没有它，设备可能会因多种不同的原因而故障。在pcb进入市场之前，许多前面讨论的压力测试在检测故障点方面是有价值的。外部操作环境的因素，如湿度、灰尘或其他空气中的物质，都可能导致单板故障。一些常见的失效模式包括:

• 大量的电磁干扰(EMI)可能会发生，尤其是当你的电路板离开实验室测试的设置时。信号在特别嘈杂的环境中会变坏。
  
• 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，热冲击或无良将军热管理消除热点。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，并使用正确的基板和焊料材料．
  
• 组件选择不匹配-如果您希望您的电路板具有严格的公差，无论是温度方面还是设计特定的电容和电感，使用电阻和电容器等元件具有更严格的1%公差，而不是标准的5%或10%，将提高可靠性。
  
• 电力输送网络(PDN)问题供电问题几乎在任何设备上都可能发生。供电线路的波动可能导致微控制器断电，ic故障，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有:

• 洁净度测试，测量PCB抵抗环境危害的能力
• 环境测试，量化多氯联苯的抗吸水能力
• 可焊性测试这样可以确保所有组件都安全地连接到电路板上
• 制造设计(vlsi)测试
• 装配设计(DfA)测试
• 供应链(DfSC)测试设计
• 飞探头和无夹具在电路中(福清)测试

请记住，没有单一的测试可以确保您的电路板的可靠性。考虑一个测试方法的组合，充分反映你的板的预期用例(除了它的极端!)

结构和运行可靠性

满足法规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结构可靠性电路板在其整个使用寿命周期内保持其物理形态的能力，前提是电路板不受超出其结构承受范围的力的影响。

PCB运行可靠性是电路板电路在其运行生命周期中始终如一地发挥作用的能力。

虽然它们具有不同的属性，但结构和操作可靠性并不是唯一的。实际上，电路板的运行可靠性取决于其结构可靠性。例如，电路板变形或裂纹可能会改变轨迹参数，这将影响信号和/或电源的完整性。损坏可能会切断地面路线、信号层或地平面，导致不稳定的行为或根本没有功能。热应力和电应力同样会削弱电路板的运行。因此，必须在开发过程中了解电路板的局限性，以确保它不会受到可能导致其在现场失败的压力。实现这一目标的最佳方法是使用PCB压力测试分析。

通过压力测试分析确保PCB的可靠性

赞颂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。对于PCB压力测试也是如此。对于机械测试，这仍然是评估板承受物理力应力的倾向的首选方法。许多合同制造商(CMs)可以在单个电路板上或通过电路板执行这些类型的测试软件测试如飞探头测试。这种基于夹具的测试增加了电路板的等待时间和成本;然而，该领域的高故障率将更加昂贵。

与机械应力测试相反，在制造之前了解电路板的热特性是有利的。这使您能够做出最好的材料选择和布局您的板，以获得最佳的热分布。这两个都将有助于你的板构建。

在组装过程中，您的电路板将长时间处于高温下。对于无铅焊接，这些温度可高达250°C。此外，焊料必须分布在整个区域，以获得良好的焊点连接质量。

电气应力测试是确定元件和走线可以承受的电气参数变化范围的测试，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。为了保证运行的可靠性，热和电应力是相互依赖的。过热会影响部件的运行，有些部件本身也会产生热量。

用PCB设计软件进行压力测试

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

PSpice先进的SMOKE分析可确定元件功耗、最大电流限制、二次击穿限制、结温和跨设备终端的击穿电压。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。