當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)工程師考慮一個(gè)產(chǎn)品可能會(huì)遭遇不同的惡劣環(huán)境條件時(shí),震動(dòng)和沖擊也許不會(huì)立即涌上心頭。但是震動(dòng),卻是許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)故障的源頭。電子產(chǎn)品在很多應(yīng)用中都遭受到震動(dòng)應(yīng)力,范圍包括從汽車,火車,航空系統(tǒng)到石油鉆井,電站,和制造業(yè)。即使在溫和的環(huán)境中,大部分電子產(chǎn)品在其生命周期都會(huì)遭受到不同程度的震動(dòng),無(wú)論是船運(yùn)和其他交通工具還是其他簡(jiǎn)單的日常用品。
震動(dòng)疲勞是部分機(jī)械應(yīng)力的結(jié)果。局部應(yīng)力是一個(gè)至少兩個(gè)主要因子的函數(shù):由于震動(dòng)的加速度(以及它的衍生物),和震動(dòng)頻率與PCB或者局部的共振頻率都有關(guān)系。如果震動(dòng)過(guò)于暴力,然后PCB和其安裝部分上的壓力將會(huì)更大,很顯然,由于更大的加速度。然而,假如這個(gè)頻率會(huì)引起共振,就算是很小的震動(dòng)都會(huì)帶來(lái)巨大的災(zāi)難。
震動(dòng)疲勞問(wèn)題也使IC設(shè)計(jì)和封裝制造面臨更多挑戰(zhàn)。盡管采用了芯片級(jí)封裝(CSP),使性能更好并且封裝密度更高,但價(jià)格也比較高。芯片小型化要求焊點(diǎn)和電氣連接的大小和數(shù)目減少。由于越來(lái)越小的焊盤和更少的焊接點(diǎn),設(shè)計(jì)工程師在面對(duì)沖擊和震動(dòng)時(shí)將面臨更大的挑戰(zhàn)。
設(shè)計(jì)工程師通常使用某些機(jī)制來(lái)針對(duì)帶外殼和震動(dòng)敏感的電子產(chǎn)品進(jìn)行抑制震動(dòng)和減少?zèng)_擊。雖然灌注和填充這個(gè)IC芯片通常可以對(duì)焊接點(diǎn)提供非常有效的支持,但是往往需要權(quán)衡成本和熱規(guī)范。
在房子內(nèi)部的震動(dòng)也將使得機(jī)器故障。這同樣是不可取的;松開(kāi)的螺釘,銷釘,或者夾子都可能導(dǎo)致級(jí)聯(lián)故障最終導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。彈性物體和熱塑性塑膠支架通過(guò)抑制而不是傳輸這種震動(dòng)能有效減少這類事件發(fā)生的可能性。
數(shù)學(xué)模型和有限元方法可用于預(yù)測(cè)某些模式故障,包括許多由于振動(dòng)引起的故障。另一方面,如果他們不對(duì)產(chǎn)品壓力進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試,這些方法也是出了名的不可靠,壓力測(cè)試可以在問(wèn)題更糟之前找到一些缺陷。這種測(cè)試需要時(shí)間,當(dāng)然這樣會(huì)延長(zhǎng)產(chǎn)品面市時(shí)間。
有一種解決方案是使用加速產(chǎn)品的可靠性測(cè)試方法,比如HALT(高加速壽命測(cè)試)和HASS(高加速應(yīng)力篩選試驗(yàn))。它不像傳統(tǒng)的單軸測(cè)試,HALT/HASS 把產(chǎn)品在暴露在6軸隨機(jī)震動(dòng)中(3個(gè)線性和3個(gè)旋轉(zhuǎn))和高熱變化率一樣。單元測(cè)試逐漸受到關(guān)注并用于研究故障。
這種方法進(jìn)一步不僅是設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試,因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)了產(chǎn)品超出其規(guī)范來(lái)確定操作和破壞的極限。如果正確實(shí)施,加速震動(dòng)測(cè)試,像HALT/HASS可以提高產(chǎn)品的可靠性,同時(shí)也縮短產(chǎn)品面市時(shí)間。
這些技術(shù)非常有效,事實(shí)上,很多制造商在面市前都進(jìn)行了嚴(yán)格的軍事級(jí)的測(cè)試。MIL-STD-202測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)為震動(dòng)說(shuō)明了測(cè)試流程,涉及振幅為0.03英寸的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),頻率從10到55Hz。在電力負(fù)載條件下,每個(gè)軸至少運(yùn)動(dòng)兩個(gè)小時(shí)(總共6個(gè)小時(shí)),并且產(chǎn)品在震動(dòng)時(shí)和震動(dòng)后都要進(jìn)行測(cè)試。
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