MST 机械应力试验
MST 机械应力试验是模拟产品于运输、搬运、安装与实际使用过程中可能承受的各类外力负载,藉此提前暴露潜在结构缺陷与构装风险,避免产品于上市或量产后发生失效。常见的机械应力来源包含掉落(Drop)、振动(Vibration)、挤压(Compression)、推拉(Push / Pull)、撞击(Mechanical Shock)与弯曲(Bending)等。当外力作用于产品时,其耐受能力不仅影响最终品质,更直接关系到使用者体验、品牌信任度、保固成本与售后维修率(RMA)。
随着电子产品持续往更小、更薄、更轻的方向发展,电子零件与 PCB 的接合面积不断缩小,加上无铅焊料的抗疲劳(Fatigue)表现不如传统有铅材料,使得整体结构的耐久度更具挑战性,因此各式构装与零件结构的验证频率大幅增加,机械应力试验便成为不可或缺的可靠度确认方法。透过对成品或半成品进行机械应力测试,可快速找出:
- 结构设计的薄弱点
- 组装品质是否稳定
- IC 焊点、BGA、CSP 等构装是否存在潜在风险
- 是否会因运输震动或摔落而造成失效
尤其是手持式产品或行动装置产品,使用过程最常见的失效原因就是摔落或冲击,因此机械冲击试验(Mechanical Shock Test)通常是开发过程中最核心的验证项目。
振动试验(Vibration Test)
产品在运输过程中可能遭遇长时间摇晃、碰撞或震荡,因此振动试验(Vibration Test)是机械应力验证中最重要的项目之一,包括:
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随机振动(Random Vibration):最能贴近现实中的运输环境,可验证产品结构强度与可靠度。
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正弦振动(Sine Vibration):用于评估产品在特定频率下的共振与疲劳行为。
当振动与温度、湿度交互作用时,对产品耐久度的影响更大,因此许多产业采用 复合式应力测试(Combined Stress Test),例如:MIL-HDBK 可靠度设计手册指出,振动与温度是造成产品失效的首要因素;ISO 16750(车载标准)也要求「温度循环 + 振动」的复合式测试模式。
机械冲击试验(Mechanical Shock Test)
模拟突然的外力,例如摔落、撞击,能快速暴露外壳结构、螺丝固定、焊点强度等潜在问题。
落下试验(Drop Test)
手持设备最常见的可靠度测试,用于评估产品在不同高度摔落后:外壳是否破裂、PCBA 是否脱落或变形、BGA、CSP 等构装是否产生隐性裂缝等。
复合式应力试验(Combined Stress Test)
将「振动 + 温度 / 湿度」同时施加,更贴近真实使用环境,能模拟例如:车用电子在坑洞路面与高温环境、工控设备在振动机台上运作,此类测试比单一应力更能揭露深层的潜在风险。
红墨水试验(Dye and Pry / Dye Penetration Test)
专门用来检查 IC 焊点与构装品质。在完成振动、掉落、冲击等测试后,工程师常需要检查焊点是否因外力而产生裂缝或剥离,此时可利用红墨水试验渗入裂缝并在剥离后呈现显影,可完整观察 BGA、CSP、QFN、各式构装焊点、PCBA 结构完整性,相较于切片分析(Cross Section)只能看到局部截面,红墨水能从「面」的角度观察问题,更适合用于大量样本的快速可靠度评估。相比切片(Cross Section),红墨水能将缺陷由「点或线」放大到「面」,更能准确辨识:
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BGA / CSP 裂缝
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焊球空洞
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PCB 锁附或散热片造成的局部应力问题
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振动与冲击类
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震动试验(Vibration Test)
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复合式震动试验(Combo Vibration Test)
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机械冲击试验(Mechanical Shock Test)
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掉落与运输模拟
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落下试验(Drop Test)
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滚筒试验(Tumble Test)
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结构强度测试
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压箱试验(Compression Test)
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弯曲试验(Bending Test / Press Test)
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下压试验(Press Test)
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扭力试验(Torque Test)
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应变与焊点检测
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应变量测(Strain Measurement)
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红墨水试验(Dye and Pry Test)
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水平振动平台:60 × 60 cm、100 × 100 cm
垂直振动平台:60 × 60 cm、80 × 80 cm
实际可承载尺寸与重量将依测试条件与治具设计进行评估。