第九章可靠性工程的应用实例
芯片是许多尖端电子设备的基础核心部件，随着自动驾驶、人工智能（Aritificial
Intelligence，AI）、5G技术和物联网时代的到来，AI芯片的开发与应用逐渐成了各界关注
的焦点，为了安全可靠地使用AI芯片，完成新场景下对芯片的性能和算力方面的要求，需
要对AI芯片的可靠性测试、失效机理、可靠性加固等课题进行充分地开发和研究，从而实
现AI芯片未来的飞速发展。
本章以电子工程热点产品为基本内容，重点介绍它们的可靠性保证；首先介绍新能源电
池特性、材料、参数和结构等，重点论述新能源电池的安全性、可靠性与测试标准等；然后
介绍集成电路卡的种类、特性和生产工艺流程，重点讨论其可靠性测试、失效模式和可靠性
加固措施；最后介绍AI芯片的要求、种类、可靠性测试与评价技术、国内外典型先进封装
技术等，说明先进封装结构可靠性以及封装散热等方面面临的挑战，讨论相应解决措施。
§9.1新能源汽车用电池的可靠性
9.1.1新能源电池的主要特性、材料
1）新能源电池与传统电池的差异
电动汽车、电动列车、电动自行车、景区观光车、平衡代步车等交通工具的动力电池
按特性可分为功率型、能量型和功率能量兼顾型三种
新能源电池和传统电池在正负极材料、电解液、隔膜各方面没有太大的区别，前者注重温度
性能、倍率性能和可靠性，后者注重成本、循环性能和安全性。
两种电池在使用材料和生产工艺上是不同的。
在可靠性设计方面，新能源电池一般设置冗余更多，使用更厚的隔膜、箔材和外壳，其能量
密度比传统电池小。为了具有更高的安全性，动力电池必须有更多的外部保护电路和散热布
局设计。新能源电池的应用条件需要其具有更高的外部电压设计、更大的电流设计、更复杂
的外部环境设计。
2）新能源电池的材料
表9.1给出了新能源汽车各种车型所使用的电池正极材料以及性能指标（方形铝壳电池
的性能）。
表9.1新能源汽车应用市场的电池正极材料与性能
材料与性能磷酸铁锂NCM523NCM622NCM811
能量密度
130-170200-220195-215220-240
/Wh/Kg
标称电压3.2V3.67V3.65V3.6V
电压区间2.5-3.65V2.7-4.35V2.7-4.25V2.7-4.2V
循环寿命2000约2000约2000约1500
高温性能优良良较差
成本最低较高最高较高
安全性能优中中较差
应用小型轿车各种车型少数车型长续航车型
如表9.2所示不同封装工艺电池的性能比较。
表9.2不同封装工艺电池的性能
封装类型优点缺点
生产线、设备高度标准化；电芯容量小，循环寿命差；
圆柱
工艺成熟；Pack加工复杂；
封装材料成本低；
Pack较为复杂，且成本高；
软包封装材料重量小；
散热较方形铝