如今，不仅出现了电动汽车、火车、地铁、轮船、摩托车、小型踏板车、滑板，甚至飞机都正走向电气化。电动车辆独特的电力需求直接影响了其使用的PCB制造和其可靠性。动力传动系统和环境控制系统需要的是能够处理大电能以实现它们之间互动和控制的PCB，而支持系统、监控系统、娱乐系统和安全系统等数十种我们所期待的行车体验部分，也增加了电动车辆的电力需求。
内燃机中燃料产生的能量除了满足所有的机械和电力需求后，还会有剩余的能量。电动车辆中所有的电能都需要存储在车上，需要小心管理和保存，不可浪费。
电气系统消耗的电能为通过该系统的电流乘以落在该系统上的电压。这意味着，电气系统要获得大量电能，可以增加电流或电压，也可以两者同时增加。此外，车辆的能量存储系统必须平衡好电压或电流的增加，以实现能量分配的最大化。电压和电流的增加会给大功率系统中的PCB带来特殊的问题：电流增大了需要更厚的铜导体；电压增加了，则需要更宽的导体间距以避免漏电。通过PCB的能量增加了，还会产生热量，引起膨胀，使PCB中导通孔结构的应力增加，并导致PCB绝缘系统的长期恶化。
车辆电气系统对高可靠性的要求，推动行业尝试更好理解影响PCB长期互联和绝缘可靠性的因素。由于连接元器件和层的导通孔结构通常是导电线路中的薄弱部分，其测试要求已迅速改变，以试图评估导通孔结构的工艺可承受性、稳健性和可靠性。
工艺可承受性测试、可靠性测试和稳健性测试是3个容易混淆的术语，也常被混为一谈，笼统地归为“可靠性测试”。让我们阐明下列术语的含义和作用，以便清楚地理解之间的差别，以及分别在何种情况下使用。
可承受性测试
工艺可承受性测试模拟的是PCB在元器件连接工艺过程中所承受的环境应力，包括产品投入实际使用前所允许的任何维修和返工。这意味着有代表性的样品必须多次暴露在元器件连接、维修和返工时的测试温度下。该测试表现了PCB在元器件连接过程中可能发生的情况，因此应该在可靠性测试或是稳健性测试前进行。最近，IPC发布了IPC-TM-650方法2.6.27B，明确了导通孔结构的装配回流焊工艺可承受性测试。该方法定义了模拟对流回流焊炉环境时导通孔电阻的测量。测试的结果有助了解导通孔是否能够经受住元器件连接时所允许的多次回流焊、返工和维修工艺。有时，还会延长试验，作为稳健性测试，测试时不断重复回流焊模拟循环，直到导通孔结构失效。
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可靠性测试
可靠性测试是为测试样品在创造环境中的过程。该环境显著加速了PCB预期寿命中影响其性能的因素，在这种环境加速下的测试结果可以使用数学模型（如威布尔模型）进行评估，以预测产品实际使用中的寿命。可靠性测试最大化地利用产品使用寿命内实际遇到的加速因素，排除与产品实际使用无法直接关联的加速因素。
为了评估导通孔结构的长期可靠性，根据IPC-TM-650 方法 2.6.7.2对测试样品进行热冲击/循环，温度范围为-55~ (Tg-10) ℃。将样品暴露的温度上限定在比样品Tg值低10°C，确保了材料的膨胀率和PCB寿命预期一致。热冲击/循环时会监测单孔或链状结构的电阻，若阻值随着时间而增加，则表明导通孔结构出现了开裂或分离。
评估PCB绝缘系统的长期可靠性时，通常按照IPC-TM-650方法2.6.25进行导电阳极丝（CAF）的测试。该测试将平行的导通孔结构暴露在温度85°C、相对湿度85%的环境中，并施加100 V直流电压。电动车电子系统的运行电压通常远高于100V，麦可罗泰克中国实验室做过各种电压要求的CAF测试，最高达到了4000V。测试电压高于100 V的CAF测试并没有标准，要正确地完成高压CAF测试，还必须配置定制的夹具、电缆以及安全系统。
稳健性测试
稳健性测试本质上是可靠性测试和/或可承受性测试的加强版。加强的部分包括一些环境加速因素或电气加速因素，这些因素不能与PCB预期寿命中影响其长期性能的因素直接关联起来。其产生的多种应力会使稳健性测试比可靠性测试更快加速失效。当更快地获得结果比直接了解产品实际使用的预期寿命更重要时，可用到稳健性测试。这些测试类型通常将PCB测试样品暴露在高于材料玻璃化转变（Tg）的温度中或高于一个大气压的压力环境中，这些条件产生的应力和加速因素在产品正常寿命中并不会出现。进行材料、工艺或是产品的比较时，这些类型的测试是有用的。把它们暴露在稳健性测试的特殊测试条件中，观察到的结果会指明哪一个“更好”，这可能意味着在实际使用环境中“更好”的会比“更差”的表现更好，但也可能不会。
导通孔结构的稳健性测试，通常是做热冲击/循环，温度范围为25~260℃，远高于PCB材料的Tg值。测试温度高于PCB基材的Tg值时，Z轴的膨胀速率是温度低于Tg值时的4~10倍，并且对导通孔结构造成了极大的应力，而这种应力在产品寿命中不会出现。这些额外的加速因素加快了导通孔结构的失效，但却给测试结果与实际运行条件进行关联的尝试带来了困难。
工艺可承受性、可靠性和稳健性测试都可以通过HATS2™进行测试。HATS2™设备适应于多种PCB测试附连板，温度范围为55~260℃。更多信息，请访问HATS-Tester.com。
作者：Bob Neves
麦可罗泰克中国实验室 CTO/ 董事长， IPC 董事会副主席
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