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可靠性仿真技術(shù)利用產(chǎn)品的CAD模型，以系統(tǒng)性能模型為內(nèi)核，以可靠性模型為外殼，利用各CAE工具綜合集成，實(shí)現(xiàn)可靠性與性能一體化建模仿真，支持在設(shè)計(jì)和制造階段開展基于仿真的可靠性設(shè)計(jì)、分析與評(píng)價(jià)?？煽啃苑抡娼Y(jié)果可以為可靠性與性能的協(xié)同設(shè)計(jì)提供模型與數(shù)據(jù)支撐，對(duì)于解決工程中可靠性設(shè)計(jì)與性能設(shè)計(jì)難以相互融合的問題具有較高的實(shí)用價(jià)值。本文將介紹可靠性仿真技術(shù)的幾個(gè)典型應(yīng)用。

某壓鑄成型路燈后蓋在使用過程中發(fā)生了斷裂。通過外觀、X-Ray檢查、元素成分分析、斷口分析以及風(fēng)載振動(dòng)仿真對(duì)其斷裂原因進(jìn)行了分析。分析發(fā)現(xiàn)，路燈端后蓋斷裂的原因是應(yīng)力集中處孔洞在振動(dòng)過程中萌生裂紋并擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂，并據(jù)此提出了改善路燈安全性的措施。

根據(jù)IPC/JEDEC-9704標(biāo)準(zhǔn)文件，電子制造流程的SMT組裝、板子測(cè)試、機(jī)械裝配過程中，難免會(huì)受到機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力的作用，造成翹曲變形，從而對(duì)電子產(chǎn)品上的焊點(diǎn)或器件造成一定的機(jī)械損傷，這種損傷有時(shí)并不一定立即造成產(chǎn)品失效，而且通過常規(guī)的AOI、ICT和FCT難以檢查出來。通過對(duì)某單位生產(chǎn)的PCBA進(jìn)行分板過程的應(yīng)變測(cè)試與仿真，發(fā)現(xiàn)分板機(jī)自動(dòng)分板相對(duì)手工分板過程的應(yīng)變大幅度降低，結(jié)合金相切片觀察也可以發(fā)現(xiàn)自動(dòng)分板的PCBA表貼器件的損傷開裂明顯減少。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與仿真結(jié)果，使該單位深刻意識(shí)到采用自動(dòng)分板的必要性。

模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，得到其固有頻率和振型。車載電子產(chǎn)品在行駛過程中，激勵(lì)源主要來自路面、車輪不平衡、發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸不平衡等，當(dāng)這些激振頻率與車載電子產(chǎn)品的某一固有頻率相吻合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生共振。因此要求產(chǎn)品低階頻率避開這些激振頻率，以避免發(fā)生整體共振。通過模態(tài)仿真優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)該車載電子產(chǎn)品的低階固有頻率高于路面激勵(lì)頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速激振頻率，能有效的避免共振的產(chǎn)生，且產(chǎn)品的重量也減輕。

參考IPC-SM-785標(biāo)準(zhǔn)文件，采用Engelmaier提出的基于熱循環(huán)溫度和頻率修正的Coffin-Manson模型，對(duì)某公司改進(jìn)前后的PBGA板級(jí)互連組件焊點(diǎn)進(jìn)行熱疲勞可靠性仿真分析與壽命評(píng)估，發(fā)現(xiàn)通過改變PCB焊盤設(shè)計(jì)或更換CTE更匹配的板材，PBGA焊點(diǎn)平均壽命可以得到改善。

參考JESD22-B103B標(biāo)準(zhǔn)文件，采用基于應(yīng)力功率譜時(shí)域重構(gòu)與雨流計(jì)數(shù)法的模型，對(duì)某CPU模塊進(jìn)行振動(dòng)疲勞可靠性分析和焊點(diǎn)振動(dòng)疲勞壽命評(píng)估，發(fā)現(xiàn)改變?cè)骷牟季趾蚉CB安裝固定的方式，可以有利的降低CPU模塊的振動(dòng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)，提高焊點(diǎn)的振動(dòng)疲勞壽命。

熱仿真可以非常好的反映實(shí)際電子產(chǎn)品模塊工作時(shí)的溫度分布，可以在產(chǎn)品開發(fā)前期指導(dǎo)模塊的元器件布局和封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大縮短開發(fā)周期，提高模塊的可靠性。通過風(fēng)扇的選取、風(fēng)道的優(yōu)化、元器件的布局、機(jī)箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)了對(duì)某單相逆變器整機(jī)的熱設(shè)計(jì)。

隨著CAD/CAE軟件的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)與生產(chǎn)制造已越來越多地引入可靠性仿真技術(shù)，將結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、熱-力學(xué)分析、電磁—熱分析、散熱分析以及流場(chǎng)分析等，運(yùn)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程中，以節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)與制造周期和成本的同時(shí)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。