元件应力分析法是用于详细设计阶段的一种预计方法。 在这个阶段，所使用的元件规格、 数量、 工作应力和环境、 质量系数等应该是已知的，或者根据硬件定义可以确定的， 当使用相同元件时，对它们的失效率因子所做的假设应该是相同的和正确的。 在实际或模拟使用条件下进行鲁棒性测量之前，元件应力分析法是最精确的可靠性预计方法。
注：本文节选自《汽车电子设计：鲁棒性设计》，由机械工业出版社出版
本书特别适合汽车电子工程师、可靠性专家、零部件供应商技术团队及高校师生使用。无论是新能源三电系统开发、智能驾驶域控制器设计，还是车规芯片选型，都能从中获得直接可用的技术工具——如继电器触点匹配表、HALT测试方案模板、参数趋势灰色预测模型等。随书附赠《汽车电子失效模式速查手册》电子版，大幅提升工程问题排查效率。
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《汽车电子设计：鲁棒性设计》目录
第1章 失效物理场分析 1
1.1 概述 2
1.1.1 失效物理场的定义和基本原理 2
1.1.2 失效物理场与电子组件鲁棒性的关系 3
1.1.3 失效物理场的分类和常见类型 4
1.1.4 失效的影响 5
1.1.5 失效物理场分析的重要性 6
1.1.6 失效物理场分析的收益 7
1.2 失效物理场的测试方法和技术 8
1.2.1 加速测试与鲁棒性测试 8
1.2.2 失效物理场的模拟与建模技术 9
1.2.3 监测与分析失效物理场的工具和技术 10
1.2.4 失效物理场的分析方法和流程 10
1.3 电子组件失效的物理机制 11
1.3.1 电学失效 12
1.3.2 热学失效 13
1.3.3 机械失效 14
1.3.4 化学失效 15
1.4 电子元件失效的环境相关性分析 18
1.4.1 温度环境 19
1.4.2 湿度 19
1.4.3 氧化和氧环境 21
1.4.4 辐射和电磁干扰 22
1.4.5 振动和机械应力 22
1.5 失效物理场的模型与预测 23
1.5.1 失效物理场的建模 23
1.5.2 失效物理场库 24
1.5.3 失效物理场的预测 24
1.5.4 鲁棒性评估与设计优化 25
1.6 失效物理场的应用和控制策略 26
1.6.1 应用领域 26
1.6.2 控制策略 27
1.7 失效物理场研究的应用 28
1.7.1 失效物理场研究在电子组件设计中的应用 28
1.7.2 失效物理场研究在鲁棒性评估与改进中的应用 29
1.7.3 失效物理场研究在电子制造与维修中的应用 30
1.7.4 失效物理场的控制策略与工程实践 31
1.8 失效物理场分析示例 32
1.8.1 电阻器失效 33
1.8.2 失效模式占失效总比例表 34
1.8.3 失效模式机理分析 35
1.9 PCB 电子组件故障 40
1.9.1 PCB 电子组件故障的6 种类型 40
1.9.2 电子组件故障的分析 41
1.10 常见的电子组件故障 41
1.10.1 机械故障 42
1.10.2 热故障 47
1.10.3 环境故障 47
1.10.4 电应力故障 48
1.10.5 封装故障 52
1.10.6 老化故障 52
1.11 确定元件故障的方法 53
1.11.1 可焊性测试 54
1.11.2 污染测试 55
1.11.3 微切片测试 56
1.11.4 自动X射线检测(AXI) 57
1.11.5 表面成像方法 58
第2 章 元件选型 60
2.1 元件选型过程 60
2.2 元件选型过程不佳的潜在问题 61
2.2.1 成本风险 62
2.2.2 可用性风险 62
2.2.3 不兼容风险 63
2.2.4 未知失效风险 63
2.3 元件选型对鲁棒性的影响 64
2.4 新元件会为可靠的产品性能带来一系列风险 66
2.5 元件选型方法 67
2.6 电阻器选型 67
2.6.1 电阻器选型考虑因素 68
2.6.2 电阻器选型步骤 70
2.6.3 电阻器设计准则 70
2.7 电容器选型 73
2.7.1 电容器选型考虑因素 74
2.7.2 电容器选型步骤 75
2.7.3 电容器设计准则 76
2.8 变压器和电感器选型 77
2.8.1 电感器选型 79
2.8.2 变压器选型 80
2.8.3 电感器和变压器选型步骤 81
2.9 继电器设计 82
2.9.1 继电器的技术参数和选型考虑因素 82
2.9.2 继电器的选型步骤 83
2.9.3 继电器的选型准则 83
2.9.4 继电器使用检查清单 84
2.9.5 继电器的设计方法 86
2.10 开关设计 89
2.10.1 开关的选型考虑因素 90
2.10.2 开关的选型步骤 93
2.10.3 开关的选型准则 93
2.11 晶体和振荡器设计 94
2.11.1 晶体和振荡器的选型考虑因素 95
2.11.2 晶体和振荡器的选型步骤 95
2.11.3 晶体和振荡器的选型准则 96
2.12 光隔离器设计 96
2.12.1 光隔离器的选型考虑因素 97
2.12.2 光隔离器的选型步骤 98
2.12.3 光隔离器的选型准则 98
2.13 断路器和熔断器设计 99
2.13.1 断路器和熔断器的选型考虑因素 99
2.13.2 断路器和熔断器的选型步骤 100
2.13.3 断路器和熔断器的选型准则 101
2.14 插接器设计 102
2.14.1 插接器的选型考虑因素 102
2.14.2 插接器的选型步骤 103
2.14.3 插接器的选型准则 104
2.15 二极管设计 104
2.15.1 二极管的选型考虑因素 105
2.15.2 二极管的选型步骤 105
2.15.3 二极管的选型准则 106
2.16 晶体管设计 108
2.16.1 晶体管的选型考虑因素 109
2.16.2 晶体管的选型步骤 110
2.16.3 晶体管的选型准则 111
2.17 单片微电路和混合微电路设计 112
2.17.1 单片微电路和混合微电路的选型考虑因素 112
2.17.2 单片微电路和混合微电路的选型步骤 113
2.17.3 单片微电路和混合微电路的选型准则 113
第3 章 应力分析 116
3.1 应力与强度概念 117
3.1.1 PSA 的定义和概述 118
3.1.2 PSA 的方法和步骤 119
3.1.3 PSA 的关键参数和指标 119
3.1.4 理想的应力与强度关系 119
3.1.5 实际的应力与强度关系 120
3.1.6 应力曲线和强度曲线分析方法 121
3.1.7 时间的影响 122
3.1.8 PSA 流程 123
3.2 应力与强度分析 124
3.2.1 应力与强度正态假设 124
3.2.2 符号 125
3.2.3 三种情况 125
3.2.4 两个正态分布 128
3.2.5 计算示例 129
3.3 应力类型 130
3.3.1 机械应力分析 130
3.3.2 热应力分析 131
3.3.3 电应力分析 132
3.3.4 化学应力分析 134
3.3.5 环境应力分析 134
3.4 环境和使用因素 135
3.4.1 使用因素的类型 137
3.4.2 产品的任务剖面 138
3.4.3 应力与故障机制的关联 141
3.5 应力和使用因素的表征 142
3.5.1 列表 143
3.5.2 表征 143
3.5.3 注意事项 144
3.6 应力比 145
3.6.1 质量信息 146
3.6.2 应力比 147
3.6.3 示例 147
3.6.4 不同的应力类型导致的失效 148
3.7 应力分析的应用 149
3.7.1 应力分析在元件选型和评估中的应用 149
3.7.2 应力分析在电路板布局和设计中的应用 149
3.7.3 应力分析在封装和连接技术中的应用 150
3.8 PSA 与鲁棒性设计的关系 152
3.8.1 PSA 在鲁棒性设计中的作用与意义 152
3.8.2 PSA 与鲁棒性评估方法的结合 152
3.8.3 PSA 与故障分析和预测的关联 152
3.9 实例研究与案例分析 152
3.9.1 电阻器的应力分析示例 152
3.9.2 电容器的应力分析示例 153
3.9.3 晶体管的应力分析示例 154
3.10 PSA 工具与技术 154
3.10.1 应力测试与分析设备 154
3.10.2 应力仿真与模拟软件 154
3.10.3 应力测量方法与技术 155
第4 章 参数趋势分析 156
4.1 概述 156
4.1.1 参数趋势分析的定义 157
4.1.2 参数趋势分析的作用 158
4.1.3 PTA 和WCCA 的比较 158
4.2 开发元件特性数据库的关键步骤 159
4.2.1 参考数据库来源 160
4.2.2 元件参数趋势分析 160
4.2.3 元件参数趋势量化 161
4.3 参数趋势分析过程 162
4.3.1 确定分析方法 163
4.3.2 获取数据 163
4.3.3 分析计划 164
4.3.4 执行参数分析 165
4.3.5 记录结果 165
4.4 参数趋势分析方法 166
4.5 电容最小值和最大值的计算 167
4.6 元件参数可变性 167
4.7 数值方法 170
4.8 电子元件参数变化趋势分析的应用案例 171
4.8.1 电阻元件参数变化趋势分析 171
4.8.2 电容元件参数变化趋势分析 171
4.8.3 晶体管元件参数变化趋势分析 173
4.8.4 LDO 元件的参数变化趋势分析 177
第5 章 降额设计 179
5.1 定义 180
5.1.1 降额 181
5.1.2 降额方法 182
5.1.3 术语 183
5.1.4 最大推荐工作条件 184
5.1.5 绝对最大额定值 184
5.2 计算条件 185
5.2.1 最坏情况的预期条件 186
5.2.2 温度降额系数 187
5.3 降额等级的划分 188
5.3.1 Ⅰ级降额 189
5.3.2 Ⅱ级降额 191
5.3.3 Ⅲ级降额 193
5.4 降额规则 195
5.4.1 电阻降额规则 195
5.4.2 电容降额规则 196
5.4.3 电感与变压器降额规则 198
5.4.4 晶体管降额规则 199
5.4.5 二极管降额规则 200
5.4.6 集成芯片降额规则 201
5.4.7 光电元件降额规则 203
5.4.8 开关降额规则 203
5.4.9 继电器降额规则 204
5.4.10 插接器降额规则 206
5.4.11 PCB 降额规则 206
5.4.12 振荡器和谐振器降额规则 207
5.4.13 电位器降额规则 208
5.4.14 光学元件降额规则 209
5.4.15 导线与电缆降额规则 210
5.4.16 电机降额规则 211
5.4.17 灯泡降额规则 211
5.4.18 断路器和熔断器降额规则 213
5.4.19 微波管降额规则 214
5.5 降额参考资源 215
5.6 降额过程 216
5.7 降额使用方法 217
5.8 降额和鲁棒性 218
5.9 考虑降额指南的不同方式 219
5.9.1 供应商降额指南 220
5.9.2 行业降额指南 220
5.9.3 过降额或欠降额的影响 221
5.9.4 电压与失效时间的关系 221
5.9.5 另一种绘制降额信息的方法 222
5.10 总结 224
第6 章 最坏情况电路分析 225
6.1 概述 225
6.1.1 最坏情况电路分析的目的 226
6.1.2 最坏情况电路分析的时机 227
6.1.3 最坏情况电路分析的程度 227
6.1.4 谁应该进行最坏情况电路分析/评审 228
6.1.5 利用最坏情况电路分析进行故障分析 228
6.1.6 最坏情况电路分析的降本增效 229
6.1.7 最坏情况电路分析的成本和进度安排 230
6.1.8 常发问题位置及因素 230
6.1.9 电气测试方法和限制 231
6.1.10 进行最坏情况电路分析的能力要求 232
6.2 WCCA 方法论 233
6.2.1 分析方法 233
6.2.2 灵敏度分析 234
6.2.3 参数EVA、RSS、MCA 分析 235
6.2.4 方法和模板 235
6.2.5 公差数据库设置 236
6.2.6 确定关键参数 237
6.2.7 处理定义不明确的公差 237
6.2.8 RSS 计算和应用 238
6.2.9 WCCA 示例: 三端稳压器 239
6.2.10 关联硬件WCCA 结果 243
6.3 最坏情况电路分析的对象与范围 244
6.3.1 最坏情况电路分析的对象 244
6.3.2 最坏情况电路分析的范围 244
6.3.3 最坏情况电路分析的层级 245
6.4 最坏情况电路分析的设计流程 246
6.4.1 最坏情况电路分析准备工作 246
6.4.2 关键电路识别工具 248
6.4.3 确定待分析电路 249
6.4.4 明确电路设计的基本参数 249
6.4.5 电路分割 250
6.4.6 最坏情况电路分析的作用 250
6.4.7 分析结果判别 251
6.5 WCCA 分析方法比较 251
6.6 最坏情况电路分析的前期数据准备工作 252
6.7 建立分析模型 253
6.8 出具最坏情况电路分析报告 254
3.4 环境和使用因素
鲁棒性的定义包括四个要素，其中之一就是组件或系统将承受一系列应力的预期环境。 这意味着在设计和制造组件或系统时，需要考虑到可能遇到的多种应力情况， 包括温度变化、 湿度、振动、压力等。根据预期环境的不同，组件或系统需要具备相应的抗应力能力，以确保其稳定和可靠的运行。
为了评估鲁棒性，可以进行应力测试和环境试验，以模拟不同的应力条件。这些测试可以揭示组件或系统在不同应力下的性能，并确定其在预期环境中的适应能力。通过对测试结果的分析和评估，可以确定组件或系统的鲁棒性水平，并做出相应的改进和调整。
鲁棒性的提高可以通过多种方法实现， 例如使用强度更高的材料、改进设计以增加结构的稳定性、 采用防护措施来减少应力的影响等。 此外， 定期的维护和保养也是确保组件或系统保持鲁棒性的重要措施。
需要指出的是， 鲁棒性不仅关乎组件或系统本身的性能和可靠性，还与整个系统的可持续性和安全性密切相关。 在面对复杂和多变的环境条件时，健壮的组件或系统能够更好地应对挑战， 减少潜在的故障和发生事故的风险。
健壮的组件或系统能够在预期环境下承受一系列应力，以满足客户期望并具备适当的可设计性。以下是了解项目在何处以及如何运作能够实现这些目标的关键要点：
适当设计：了解项目将在何处以及如何运作对于设计适当的组件或系统至关重要。 这意味着需要了解项目的工作条件、 环境要求、 使用频率和负载要求等。 基于这些信息， 可以进行合理的设计， 以确保组件或系统能够满足客户期望。
耐久性： 在运输、 储存和使用过程中， 耐久性是不可或缺的。了解项目在这些方面的要求， 可以确保组件或系统具备耐用性。这可能涉及选择合适的材料、 设计结构和采取适当的保护措施， 以抵御外部应力和环境影响。
应力计算：完整的应力计算是确保组件或系统能够应对应力及其变化的关键。 通过了解项目的工作条件和应力来源， 可以进行应力分析和计算。 这可以涉及使用工程计算和分析软件， 以评估应力分布和应力集中区域，并确定是否存在潜在的弱点或故障点。
应力降额技术： 应力降额技术是应对高应力情况的有效手段。了解项目的工作条件和要求，可以选择合适的技术来减轻应力。这可能包括使用缓冲材料、改变结构设计、 增加支撑或采用其他减轻应力的方法。
应力跟踪的安装和监控： 对于健壮的组件或系统，高效的应力跟踪是必不可少的。 这可以通过安装应力传感器或监测装置来实现。通过实时监控应力水平， 可以及时发现潜在的问题， 并采取适当的措施进行修复或调整。
一个项目的操作或功能通常会发生在特定的地方，在不同的环境中会承受不同的应力。 例如，办公室的环境应力与汽车机舱盖下或轨道通信卫星外部的环境应力是不同的。 在进行初始设计过程和后续产品操作时，深入了解所施加应力的类型和数量是非常重要的。
作为设计过程的一部分， 需要考虑可能影响产品性能或寿命的外部应力。这些外部应力可能包括温度变化、 湿度、 振动、 压力、腐蚀、辐射等。了解并评估这些应力对产品的影响，可以帮助设计人员采取相应的措施来增强产品的鲁棒性和可靠性。
需要明确的是，并非所有的应力都是有害的，也不一定会降低产品的功能。事实上， 一些应力对产品的性能和功能具有积极的影响。 例如， 在汽车机舱盖下， 高温和压力可能是必要的， 以确保发动机的正常工作。 在轨道通信卫星的外部， 承受辐射和真空环境可能是必要的， 以确保通信信号的稳定性。
因此， 在考虑外部应力时，需要综合考虑产品的设计需求和预期的应力环境。 通过深入了解应力的类型和数量，可以更好地评估其对产品性能和寿命的影响， 并采取适当的措施来确保产品在特定环境中的可靠性和功能。
3.4.1使用因素的类型
通过考虑产品存在的每个阶段以及不同类型的使用情况， 生成使用因素列表，如图3-9所示。除了了解储存期间预期的气候条件外，储存将持续多长时间？ 以汽车的使用为例， 有许多因素会对汽车施加应力和影响其运行能力。 以下是一些常见的使用因素类型：
驾驶方式： 驾驶方式会对汽车的各个组件施加应力。 例如， 急加速、紧急制动、 频繁变道和高速行驶等激烈的驾驶方式会增加发动机、制动系统和悬架系统的负荷， 可能导致更快的磨损和故障。
使用频率和持续时间：汽车的使用频率和每次使用的持续时间也会对其运行能力产生影响。 频繁的长时间使用可能导致各个组件的磨损更快，而长时间停放后再次启动可能导致部分系统的问题。
道路条件：不同的道路条件会给汽车带来不同的应力。例如，恶劣的路面、颠簸的路段和频繁的过坑会增加悬架系统和轮胎的负荷，可能导致更快的磨损和损坏。
负荷和拖车： 在需要携带重物或拖车的情况下， 汽车的发动机、 悬架系统和制动系统等都会承受更大的负荷。超载和不正确的拖车使用可能导致汽车组件的过度磨损和故障。
维护和保养： 汽车的定期维护和保养对其运行能力至关重要。不规范的维护和保养可能导致各个组件的早期故障和损坏。
存储条件：如果汽车需要长期存放，存储条件也会影响其运行能力。例如，长期暴露在恶劣的气候条件下可能导致腐蚀、 漏水和电气问题。
轻度用户和重度用户： 轻度用户指的是相对较少使用汽车的用户， 可能只在必要时才使用汽车，如偶尔的短途出行；重度用户则是经常使用汽车，可能每天使用或长距离驾驶。 重度用户对汽车的使用频率更高， 可能会更早暴露出潜在故障和磨损。 他们的驾驶方式可能更激烈， 对各个组件的负荷更大。
男性用户和女性用户： 男性用户和女性用户在驾驶方式、行驶习惯和维护保养方面可能存在差异。 例如， 男性用户可能更倾向于激烈的驾驶方式， 如高速行驶和超车， 而女性用户可能更注重平稳的驾驶和燃油经济性。 此外， 维护保养方面， 男性用户可能更倾向于自己进行汽车维修和保养，而女性用户可能更倾向于寻求专业技术支持。
图3-9 功能负荷的树分析
3.4.2产品的任务剖面
以图3-10所示的汽车的使用为例，汽车的任务剖面是指车辆在不同的使用任务下所受到的要求和应力。 根据上文所讨论的不同用户类型和性别，工程师可以进一步探讨汽车的任务剖面。
图3-10 车门模块树状分析功能负荷
城市驾驶任务： 城市驾驶任务指的是在城市环境中进行日常驾驶，如上下班通勤、 购物、 接送孩子等。 在城市驾驶任务中， 汽车可能频繁起动和停止，需要更多的低速行驶和加速。 此外， 在城市驾驶任务中， 车辆可能面临更多的拥堵和交通限制， 需要更好的操控性和机动性。
长途旅行任务： 长途旅行任务指的是在公路上进行长距离驾驶，如家庭度假、 商务出差等。 在长途旅行任务中， 车辆需要具备较好的燃油经济性、舒适性和安全性能。 长时间的连续驾驶可能对发动机、悬架系统和制动系统等产生更高的负荷。此外，更大的储物空间和舒适的座椅对于长途旅行任务也很重要。越野驾驶任务： 越野驾驶任务指的是在崎岖的地形上进行驾驶， 如山地探险、 越野赛车等。 在越野驾驶任务中， 车辆需要更强的悬架系统、足够的离地间隙和可靠的四驱系统。 同时，保护车辆底部和车身的防护板和护栏也是必要的。
在考虑任务剖面时，还应该考虑不同用户类型和性别对汽车的需求。例如，男性用户可能更注重汽车的性能和操控性，而女性用户可能更注重汽车的舒适性和安全性。 因此，汽车制造商可以根据不同用户和任务的需求来设计和定位车型， 以提供更符合用户期望的产品。 同时， 用户在选择汽车时也可以根据自己的使用任务和需求来选择最适合的车型。
对于手持或运输的产品， 掉落是一个重要的使用场景，它可能是预期使用的常规部分， 也可能是罕见的非预期经历。 掉落的频率、 高度和表面条件等因素都会对产品的鲁棒性和功能产生影响。
掉落频率和高度： 不同产品和使用场景下的掉落频率和高度会有所不同。例如， 对于移动电话或平板电脑等手持设备， 掉落可能相对频繁， 可能发生在较低的高度， 如从手掌高度或膝盖高度。 而对于一些工业设备或专业仪器， 掉落可能较为罕见， 但可能发生在较高的高度， 如从梯子或台阶上掉落。
掉落表面：不同的表面条件也会影响掉落产生的冲击力和对产品的损伤程度。例如，掉落在硬地面上（如水泥地面）可能会导致更严重的损坏，而掉落在柔软的地毯或草地上可能会减轻冲击力。
使用方式： 产品被撞击、 撞击、 坐在或踩在上面的情况也会对产品的功能和鲁棒性产生影响。 例如， 对于一个运动鞋， 经常遇到踩踏和撞击的情况是正常的， 而对于一个智能手表， 经常遇到撞击和坐在上面的情况则是不合适的。
在产品寿命周期中， 工程师需要考虑不同类型的应用和用户。轻度用户和重度用户之间的比例可能会根据不同产品和市场有所变化。轻度用户可能更注重产品的外观和易用性， 而重度用户可能更注重产品的耐用性和性能。
针对掉落和其他使用因素，工程师可以建立一个影响功能或鲁棒性的使用因素列表， 以便更好地理解和评估产品设计的要求。 这个列表可以包括掉落、撞击、 振动、 温度变化、 湿度、灰尘和水溅等因素。通过对这些因素进行考虑和测试，工程师可以优化产品的设计和材料选择，以提供更好的功能和耐用性。在考虑任务剖面时， 还应该考虑道路状况和气候条件， 以及汽车的预期使
用方式和驾驶风格：
道路状况： 汽车在不同道路状况下所经历的应力是非常重要的。 例如， 平整的公路上行驶相对较为平稳，而在崎岖的山路或不平的乡村道路上行驶则会对汽车的悬架系统和底盘产生更大的冲击。 此外，湿滑的路面和冰雪覆盖的路面也对车辆的牵引和操控性能提出了更高的要求。
气候条件： 气候条件也会对汽车产生影响。 在极端的温度条件下， 如酷寒的冬天或酷热的夏天， 汽车的发动机、电池和冷却系统等组件可能面临更大的负荷和应力。此外，湿润的气候（海风气候）条件下，车辆的防锈和防腐保护也更为重要。
负荷和使用方式： 汽车的负荷和使用方式也会对其应力剖面产生影响。例如， 长途旅行时， 汽车可能需要承载更多的货物和乘客， 对发动机、悬架系统和制动系统提出更高的要求。 同时，大量的城市行驶和频繁的起停也会对发动机、 变速器和燃油经济性产生影响。
驾驶方式和风格：驾驶方式和风格也是影响汽车应力剖面的因素之一。激进的驾驶方式、高速行驶、频繁的超车和紧急制动等行为都会对汽车的发动机、悬架系统和制动系统造成更大的应力和负荷。
3.4.3 应力与故障机制的关联
不同应力可以引起元件的特定失效模式，下面将详细介绍几个常见的失效模式及其背后的物理原理和过程。
温度应力引发焊接破裂： 在电子组件制造过程中，焊接是常用的连接方式。当元件在运行过程中经历温度变化时， 焊点会受到温度应力的作用。 由于不同材料的热膨胀系数不同， 当温度变化引起材料膨胀或收缩时， 焊点可能会受到拉力或压力。 这种温度应力可能导致焊点破裂，从而引发电路中断或功能失效。例如，对于表面贴装技术（SMT）中的焊接连接，当电子组件在使用中经
历温度变化时， 焊点可能会受到应力的影响。如果焊点的强度不足以抵抗温度应力， 焊点就会发生破裂， 导致电路中断或连接失效。
振动应力导致电路板断裂： 振动应力是一种常见的机械应力，可能由于元件的自重、 外部力或运输过程中的振动引起。 当电子组件受到振动应力时， 电路板可能会发生弯曲或振动。 如果振动应力超过了电路板材料的强度极限，电路板可能会发生断裂或开裂， 导致连接失效或功能损坏。
举例来说， 某个电子组件的主板上安装了一些电子元件和插接器。当设备在运行时， 由于设备的振动， 电路板可能会受到剧烈的振动应力。 如果电路板的材料或结构不足以承受这种振动应力， 电路板可能会发生裂纹或断裂，导致插接器失效或电子元件间断。
环境应力导致电气绝缘性能下降：环境中的湿度和化学物质可以对电子组件产生应力， 并导致特定的失效模式。 湿度可以渗入元件的封装或接触点， 导致电路中的电气绝缘性能下降。这可能会导致电气短路、电路失效或功能降低。举例来说， 某个电子组件被放置在高湿度的环境中， 湿气可能渗入封装中的电路板或电子元件。湿气会导致金属腐蚀或绝缘材料的损坏，从而导致电路中的电气短路。这可能会导致电路失效或功能降低。
热周期性应力引起焊点疲劳：电子组件在开启和关闭过程中经历温度周期性变化， 这会导致热应力的产生。 这种热应力可以导致焊点的疲劳， 从而引发焊点断裂。
举例来说， 某个电子元件的焊点连接在电路板上。当设备频繁开启和关闭时， 焊点会经历反复的热膨胀和冷收缩。这种热膨胀和冷收缩可能会导致焊点材料疲劳， 最终导致焊点断裂。这可能会导致电路中断、连接失效或功能损坏。这些示例说明了应力与故障机制之间的关联。 不适当或过大的应力会导致
元件的特定失效模式，从而影响元件的性能和可靠性。了解并控制不同应力类型对元件的影响是设计和制造过程中的重要考虑因素，以确保元件的可靠性和寿命。
内容简介
本书以汽车电子硬件为背景，层层递迚地引入失效物理场分析、元件选型、应力分析、参数趋势分析、降额设计和最坏情况电路分析等内容。通过这些内容，读者将深入了解如何分析、预测和解决汽车电子系统中的故障和挑战。在每个章节中，还加入了丰富的示例和案例研究，以帮助读者更好地理解和应用所学内容。
本书适合对汽车电子硬件以及技术感兴趣的读者，无论是开发者、设计者、科研工作者还是刚入门的技术人员，均可将本书作为学习参考用书。本书还适合有相关知识背景的从业人员迚行深入学习。
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作者简介：高宜国一位在汽车行业从业十多年的资深人士，涉足的领域包括汽车电子器件、汽车电子电路设计、汽车电子鲁棒性设计（DFR）、汽车电子卓越设计（DFX）和汽车电子最坏情况电路分析（WCCA）。作者有个人公众号汽车电子工程知识体系(AEEBOK)，在公众号上将自己的经验和见解整理成文章，内容涵盖了电子器件的选择和应用、电路设计的方法和技巧、测试和可靠性设计的知识点等。希望自己的公众号能够成为广大汽车电子工程师和学习者学习和交流的平台 ，也希望能为汽车行业提供有价值的信息和指导。
本书由机械工业出版社出版，本文经出版方授权发布。
来源：汽车测试网
