在航空航天、汽车电子、工业控制等领域，电子设备常面临“机械振动+电应力”的复杂环境——比如汽车发动机舱内的ECU既要承受发动机的高频振动，又要应对电池供电的电压波动；航空传感器既要经历起飞时的冲击振动，又要处理机载电源的脉冲电应力。单一应力测试（如仅做振动或仅做电应力）难以模拟真实场景下的失效机理，因此“机械振动与电应力的复合应力测试”成为验证产品可靠性的关键手段，其核心是还原两种应力的协同作用，精准暴露潜在失效风险。

复合应力测试的定义与核心逻辑

机械振动与电应力的复合应力测试，是指在测试过程中同时向样品施加机械振动应力（包括正弦振动、随机振动、冲击振动等形式）和电应力（包括直流电压/电流、交流正弦波、脉冲波、浪涌等形式），而非简单的“先振后通电”或“先通电后振”。其核心逻辑并非两种应力的“叠加”，而是“协同作用”——比如振动会导致样品内部焊点、引脚的机械疲劳，而电应力会加速这些疲劳点的电迁移或绝缘击穿，二者共同作用的失效速度远快于单一应力。

机械振动应力的本质是通过振动台的机械运动，使样品产生位移、速度或加速度变化，模拟产品在运输、使用中的振动环境；电应力则是通过可编程电源或信号发生器，向样品施加符合实际工作场景的电参数，模拟供电波动、负载变化或电磁干扰。二者的同步施加，才能还原“振动导致机械结构松动→电接触电阻增大→局部发热→绝缘老化”的链式失效过程。

测试的必要性：解决单一测试的“失效盲区”

单一应力测试的局限性在于无法覆盖“多应力协同失效”场景。以汽车电子中的车载多媒体主机为例：仅做振动测试时，可能仅能发现塑料外壳的开裂或按键松动，但无法察觉“振动导致PCB板焊点微裂纹+电应力导致裂纹处电迁移”的失效——当焊点出现微裂纹时，电流通过裂纹的狭小区域会产生焦耳热，加速电迁移（金属离子向电流方向移动），最终导致焊点完全断开，而单一振动测试无法触发这一过程。

再以工业机器人的伺服驱动器为例：仅做电应力测试（如长时间通电老化）时，可能仅能发现电容的电解质泄漏，但无法察觉“随机振动导致电容引脚与PCB板的焊接处疲劳→引脚电阻增大→电应力下引脚发热→焊接处脱焊”的失效。这类“机械+电”的协同失效，只有通过复合应力测试才能提前发现。

测试系统的核心组成：从硬件到信号的同步

复合应力测试系统的核心由五大模块组成：振动台系统、电应力发生系统、同步控制单元、数据采集系统、专用夹具。其中，同步控制单元是关键——它需确保振动应力与电应力的施加时间、参数变化完全同步（比如振动从10Hz上升到1000Hz的同时，电应力从12V上升到14V），避免“应力错位”导致的测试结果偏差。

振动台系统通常选用电磁式振动台（适用于高频、小位移振动）或液压式振动台（适用于低频、大位移振动），需支持“正弦+随机”复合振动模式；电应力发生系统需选用可编程交流/直流电源或脉冲信号发生器，支持动态调整电压、电流、频率（如模拟汽车启动时的18V脉冲电压）。

数据采集系统需同步采集三类信号：振动信号（加速度、位移，通过加速度传感器获取）、电信号（样品的输入/输出电压、电流，通过电压探头获取）、样品性能信号（如ECU的CAN总线通信误码率）。专用夹具需满足机械刚性（避免自身共振）和电连接可靠性（采用航空插头，确保振动下接触电阻≤1mΩ）两大要求。

测试流程：从样品准备到失效分析的全链路

复合应力测试的流程可分为五步：样品筛选→参数设定→应力施加→数据记录→失效分析。

样品筛选需选取初始性能合格的样品（通过常温电性能测试、外观检查），并在关键部位（如PCB焊点）贴应变片或涂温度指示剂，便于后续失效定位。参数设定需基于产品的实际使用环境——比如汽车ECU的振动参数：随机振动频率10-2000Hz、PSD 0.04g²/Hz；电应力参数：直流电压12V±2V、18V脉冲（持续10ms，每10s一次），需参考产品的“环境应力剖面”（ESP）。

应力施加时，通过同步控制单元启动振动台和电应力源，实时监控样品温度（控制在-40℃~85℃，避免振动生热与电应力焦耳热的叠加影响）。数据记录需每隔1小时记录振动RMS值、电应力波形、样品输出信号（如通信误码率）；若样品失效，立即停止测试并保留失效瞬间数据。

失效分析采用非破坏性（X光探伤、红外热像）与破坏性（解剖样品、SEM观察电迁移）结合的方式，定位失效点并关联“应力-失效”关系——比如某款航空传感器的FPC失效，需通过SEM观察铜线裂纹处的氧化痕迹，确认“振动+电应力”的协同作用。

关键参数选择：匹配真实环境的应力组合

复合应力测试的参数选择需遵循“从实际中来”的原则，核心是模拟产品全生命周期中的“最大/典型应力组合”。

机械振动参数需明确：振动类型（正弦/随机/冲击）、频率范围（覆盖产品实际遇到的频率，如汽车电子10-2000Hz、航空电子5000Hz）、加速度（随机用PSD，正弦用峰值加速度）、持续时间（覆盖产品寿命，如汽车ECU需做100小时测试）。

电应力参数需明确：电应力类型（直流/交流/脉冲）、电压/电流范围（覆盖工作波动，如工业设备24V±10%）、波形参数（如脉冲的上升时间、持续时间）、负载类型（模拟实际负载，如电阻性或电感性）。例如，手机的复合测试中，振动参数来自“用户跌落”（冲击加速度100g、持续1ms），电应力参数来自“充电波动”（5V±0.5V、9V快充脉冲），二者组合才能模拟“摔手机时充电”的场景。

典型失效模式：“机械+电”的协同效应

机械振动与电应力的协同作用，会产生两类典型失效模式：“机械损伤+电性能退化”和“电应力加速机械失效”。

第一类：振动导致机械损伤，电应力加速损伤处电退化。例如，航空传感器的FPC——振动导致FPC弯折处铜线微裂纹，电应力（5V直流）通过裂纹产生焦耳热，加速铜线氧化，最终断裂。复合测试中，仅弯折1000次+通电100小时就失效，而单一测试需弯折10000次或通电1000小时，协同效应显著（1+1>2）。

第二类：电应力导致电退化，振动加速退化处机械失效。例如，汽车大灯的LED驱动电源——电应力导致电容绝缘层老化（介电常数下降），振动导致老化绝缘层裂纹，最终短路。复合测试中，仅通电100小时+振动100小时就失效，而单一测试需通电500小时或振动500小时。

测试注意事项：避免误差的关键细节

复合应力测试中，需重点关注三大细节：

1、夹具刚性：夹具需做模态分析，确保固有频率高于测试最高频率（如测试2000Hz，夹具固有频率≥3000Hz），避免共振导致样品承受的加速度超标。

2、应力同步性：需用同步控制单元确保电应力与振动的“时间同步”——比如振动上升到1000Hz时，电应力需同时上升到14V，若延迟1秒，会导致机械损伤未被电应力加速，测试结果偏乐观。

3、温度控制：振动与电应力都会生热，需在环境箱中控制温度（如-40℃~85℃），避免温度成为“第三应力”干扰测试——比如某款电容的复合测试中，若温度升高10℃，电迁移速度会增加2倍，导致失效时间缩短50%。

数据处理：量化协同效应的方法

复合应力测试的数据处理，核心是量化“振动与电应力的协同效应”，常用两种方法：

1、失效时间对比法：计算协同系数K=（1/T1）/(1/T2 + 1/T3)，其中T1是复合测试失效时间，T2是仅振动失效时间，T3是仅电应力失效时间。若K>1，说明存在协同效应——比如某汽车ECU的T1=100小时、T2=500小时、T3=300小时，K≈1.89>1，协同效应显著。

2、参数相关性分析法：用多元线性回归或神经网络模型，拟合“振动PSD（X1）、电压波动（X2）→失效时间（Y）”的关系，预测不同应力组合下的失效时间。例如，用神经网络模型可预测“加速度PSD=0.05g²/Hz、电压波动=15%”时的失效时间，为产品可靠性设计提供依据。