PCB / PCBA的可靠性測(cè)試和故障分析齊頭并進(jìn)；當(dāng)設(shè)計(jì)壓力達(dá)到極限時(shí)，需要通過(guò)徹底的檢查和分析來(lái)確定其失效模式。其中一些測(cè)試和潛在故障原因由制造商處理，因?yàn)樗鼈兛赡茉诼惆逯圃爝^(guò)程中出現(xiàn)，而 PCBA 的其他潛在問(wèn)題應(yīng)由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在原型制作和設(shè)計(jì)鑒定期間解決。高可靠性設(shè)計(jì)，例如在航空電子和國(guó)防等領(lǐng)域，可能需要廣泛的環(huán)境測(cè)試和認(rèn)證，以確保它們?cè)陬A(yù)期的環(huán)境中運(yùn)行。
要開(kāi)始討論這個(gè)主題，了解將支配您的裸板設(shè)計(jì)和 PCBA 的資格認(rèn)證方面非常重要。我們將研究 PCB/PCBA 可靠性的各個(gè)方面，以及用于識(shí)別潛在設(shè)計(jì)變更要求的一些標(biāo)準(zhǔn)故障分析技術(shù)。
PCB 可靠性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)概述
可靠性測(cè)試廣泛涉及將 PCB 或成品 PCBA 暴露在極端環(huán)境條件（熱、腐蝕、濕度等）下，然后進(jìn)行性能測(cè)試以確保設(shè)備能夠承受這些條件。在可靠性測(cè)試學(xué)科中，PCB 和成品 PCBA 上存在許多可能的應(yīng)力來(lái)源：
機(jī)械負(fù)載（MIL-STD/IPC/SAE 標(biāo)準(zhǔn)下的靜態(tài)負(fù)載、振動(dòng)和沖擊測(cè)試）
熱或氣候負(fù)載（IPC-TM-650 2.6.7 和 MIL-STD-202G 下的熱通量、極端溫度、熱沖擊；MIL-STD-883 方法 1011、IPC-9701A [6] 和 JEDEC JESD22 下的熱循環(huán)-A106)
電氣負(fù)載（高功率、降額驗(yàn)證、EMC，均符合 IPC/IEC/SAE 標(biāo)準(zhǔn)）和 UL 合規(guī)性
化學(xué)負(fù)載（腐蝕或其他化學(xué)暴露以匹配部署環(huán)境）
暴露于電離輻射（計(jì)算為總電離劑量 (TID)）
接觸灰塵、顆粒和液體
電子組件的人工老化測(cè)試（HALT、HASS、HATS等）
可靠性測(cè)試涉及什么？
PCB 可靠性評(píng)估需要一組針對(duì)上述每個(gè)領(lǐng)域的測(cè)試。制造商將在您的疊層上執(zhí)行基本的制造板測(cè)試，他們應(yīng)該能夠證明裸板符合您在 PCB 制造說(shuō)明中指定的要求。對(duì)于PCBA，測(cè)試和可靠性可以更廣泛。您的制造商/組裝商將執(zhí)行他們自己的一系列測(cè)試和檢查，以驗(yàn)證裸板上是否符合IPC 產(chǎn)品類(lèi)別和基本 IPC 標(biāo)準(zhǔn)，但通常由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)或合同測(cè)試公司來(lái)運(yùn)行更專業(yè)的測(cè)試（環(huán)境或化學(xué)測(cè)試）在設(shè)計(jì)上驗(yàn)證可靠性。
任何這些領(lǐng)域的測(cè)試指南都將涉及一系列文章，因此我不會(huì)深入探討可靠性測(cè)試和驗(yàn)證的所有這些方面。IPC、MIL-STD、SAE、NASA/DO 和其他組織提供的標(biāo)準(zhǔn)文件提供了該領(lǐng)域的指導(dǎo)，以及執(zhí)行這些測(cè)試的具體程序。IPC-TM-650 包含 PCB 的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法，但上述其他文件可能超出 IPC-TM-650 針對(duì)特定產(chǎn)品和行業(yè)的要求。
PCB故障分析
確定 PCB 可靠性的極限就是查明故障，以及它們是如何在設(shè)備中出現(xiàn)的。一旦電路板發(fā)生故障，就需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)查，并且故障可能由于累積損壞（例如疲勞）、不規(guī)則（隨機(jī)或間歇性）或突然（由于沖擊）而逐漸出現(xiàn)。在調(diào)查故障模式時(shí)，上述測(cè)試的應(yīng)用涉及對(duì) PCBA 施加累積應(yīng)力，直至出現(xiàn)故障（熱、機(jī)械和環(huán)境），然后檢查電路板以定位和檢查特定故障。
下表將標(biāo)準(zhǔn) PCB 故障模式與 PCB 中使用的檢查和故障分析方法相匹配。
識(shí)別這些領(lǐng)域的缺陷需要一些技巧。其中一些是顯而易見(jiàn)的，例如由于暴露在濕氣中而導(dǎo)致的極端腐蝕，而另一些則只有受過(guò)訓(xùn)練的眼睛才能看到。例如，由于記錄圖像的對(duì)比度和分辨率，從 X 射線圖像中識(shí)別故障并不那么明顯。
類(lèi)似的導(dǎo)電陽(yáng)極成絲，由于在經(jīng)由筒操作過(guò)程中的高電壓或斷裂延長(zhǎng)操作相當(dāng)容易被發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是從一個(gè)顯微樣品或從SEM圖像。使用正確的成像技術(shù)，兩者都清晰可見(jiàn)。例如，下圖顯示了在顯微切片中清晰可見(jiàn)的斷裂，這可能會(huì)導(dǎo)致間歇性故障。
一旦發(fā)現(xiàn)缺陷或故障，就應(yīng)該采取一些步驟來(lái)防止問(wèn)題在運(yùn)行期間發(fā)生，或者修改設(shè)計(jì)以使其對(duì)此類(lèi)問(wèn)題更具彈性。這必須根據(jù)具體情況進(jìn)行處理，具體取決于缺陷的類(lèi)型和導(dǎo)致故障的機(jī)制。
最后的想法
這里要記住的關(guān)鍵是，沒(méi)有哪一種 PCBA 會(huì)立于不敗之地，任何設(shè)計(jì)最終都可能受到壓力，直到發(fā)生災(zāi)難性故障。如果施加的應(yīng)力非常極端，以至于當(dāng)部署在產(chǎn)品的預(yù)期環(huán)境中時(shí)，它們?cè)诓僮髌陂g極不可能遇到，那么您可以從可靠性的角度認(rèn)為您的設(shè)計(jì)是成功的。在測(cè)試可靠性和調(diào)查故障時(shí)，有必要考慮您的設(shè)備在運(yùn)行期間最有可能遇到的故障模式并首先解決這些問(wèn)題。
