探討震動對系統(tǒng)設(shè)計的影響分析

當(dāng)一個設(shè)計工程師考慮一個產(chǎn)品可能會遭遇不同的惡劣環(huán)境條件時，震動和沖擊也許不會立即涌上心頭。但是震動，卻是許多系統(tǒng)設(shè)計故障的源頭。電子產(chǎn)品在很多應(yīng)用中都遭受到震動應(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遭受到不同程度的震動，無論是船運和其他交通工具還是其他簡單的日常用品。

震動疲勞是部分機械應(yīng)力的結(jié)果。局部應(yīng)力是一個至少兩個主要因子的函數(shù)：由于震動的加速度（以及它的衍生物），和震動頻率與PCB或者局部的共振頻率都有關(guān)系。如果震動過于暴力，然后PCB和其安裝部分上的壓力將會更大，很顯然，由于更大的加速度。然而，假如這個頻率會引起共振，就算是很小的震動都會帶來巨大的災(zāi)難。

震動疲勞問題也使IC設(shè)計和封裝制造面臨更多挑戰(zhàn)。盡管采用了芯片級封裝（CSP），使性能更好并且封裝密度更高，但價格也比較高。芯片小型化要求焊點和電氣連接的大小和數(shù)目減少。由于越來越小的焊盤和更少的焊接點，設(shè)計工程師在面對沖擊和震動時將面臨更大的挑戰(zhàn)。

設(shè)計工程師通常使用某些機制來針對帶外殼和震動敏感的電子產(chǎn)品進(jìn)行抑制震動和減少沖擊。雖然灌注和填充這個IC芯片通?？梢詫附狱c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)部的震動也將使得機器故障。這同樣是不可取的；松開的螺釘，銷釘，或者夾子都可能導(dǎo)致級聯(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抑制而不是傳輸這種震動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)測某些模式故障，包括許多由于振動引起的故障。另一方面，如果他們不對產(chǎn)品壓力進(jìn)行補充測試，這些方法也是出了名的不可靠，壓力測試可以在問題更糟之前找到一些缺陷。這種測試需要時間，當(dāng)然這樣會延長產(chǎn)品面市時間。

有一種解決方案是使用加速產(chǎn)品的可靠性測試方法，比如HALT(高加速壽命測試)和HASS(高加速應(yīng)力篩選試驗)。它不像傳統(tǒng)的單軸測試，HALT/HASS 把產(chǎn)品在暴露在6軸隨機震動中（3個線性和3個旋轉(zhuǎn)）和高熱變化率一樣。單元測試逐漸受到關(guān)注并用于研究故障。

這種方法進(jìn)一步不僅是設(shè)計驗證測試，因為它強調(diào)了產(chǎn)品超出其規(guī)范來確定操作和破壞的極限。如果正確實施，加速震動測試，像HALT/HASS可以提高產(chǎn)品的可靠性，同時也縮短產(chǎn)品面市時間。

這些技術(shù)非常有效，事實上，很多制造商在面市前都進(jìn)行了嚴(yán)格的軍事級的測試。MIL-STD-202測試方法標(biāo)準(zhǔn)為震動說明了測試流程，涉及振幅為0.03英寸的簡諧運動，頻率從10到55Hz。在電力負(fù)載條件下，每個軸至少運動兩個小時（總共6個小時），并且產(chǎn)品在震動時和震動后都要進(jìn)行測試。