面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法技术

一种面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法，其步骤如下：1)根据电子产品情况收集其相关数据信息。2)根据收集的电子产品信息，建立电子产品的电路板CAD模型，并将其中的PCB信息、元器件信息分别存储于数据库。3)根据电子产品的使用信息，建立寿命周期剖面或者载荷剖面。4)基于电路板CAD模型，应用计算流体力学程序对其进行热分析计算。5)基于电路板CAD模型，应用有限元分析程序对其进行振动分析计算。6)开展故障预计，综合利用上述结果信息，实现元器件的首发故障时间预计。7)开展可靠性评估，利用故障预计结果信息，实现电子产品可靠性评价。本方法可以将CAD工具、CFD工具和FEA工具进行集成，在计算机仿真技术和手段的辅助下，结合故障物理方法对电子产品进行可靠性评价，实现了数字化研制环境下产品性能与可靠性的一体化设计。

Data Integration Method for Reliability Physical Comprehensive Simulation Analysis of Electronic Products

A data integration method for physical integrated simulation analysis of electronic products reliability is presented. The steps are as follows: 1) Collecting relevant data information according to the situation of electronic products. 2) According to the collected information of electronic products, the circuit board CAD model of electronic products is established, and the PCB information and component information are stored in the database respectively. 3) Establish life cycle profile or load profile according to the use information of electronic products. 4) Based on the circuit board CAD model, the thermal analysis and calculation are carried out by using computational fluid dynamics (CFD) program. 5) Based on the circuit board CAD model, the vibration analysis and calculation are carried out by using the finite element analysis program. 6) Fault prediction is carried out, and the first failure time prediction of components is realized by synthesizing the above results. 7) Reliability evaluation is carried out, and the reliability evaluation of electronic products is realized by using the information of fault prediction results. This method can integrate CAD tools, CFD tools and FEA tools. With the assistance of computer simulation technology and means, the reliability of electronic products can be evaluated by combining fault physics method, and the integrated design of product performance and reliability in digital development environment can be realized.

【技术实现步骤摘要】
面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法所属
本专利技术提供了一种面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法，它适用于在复杂电子产品设计阶段，利用先进的计算机仿真技术和手段，对影响产品可靠性的主要环境因素(如热、振动等)进行综合分析，同时结合领先的故障物理(PoF)方法对产品的首发故障时间(TTF)及可靠性进行评价，进一步采取设计改进措施，可以从根本上提高电子产品的可靠性水平。本专利技术属于可靠性与系统工程领域。
技术介绍
在计算机仿真技术和手段的辅助下，结合故障物理方法对电子产品进行可靠性评价是可靠性
的最新发展趋势，体现了工程实际的未来发展。然而，目前工程实际中尚无统一的工具手段辅助开展上述分析工作，只能应用一系列的软件工具分别开展，如利用ANSYS等FEA工具开展振动分析，利用FLOTHERM等CFD工具开展热分析，再利用故障物理模型及相关算法实现首发故障时间和可靠性的评价。可见，应用故障物理方法开展相关工作，要求产品设计分析人员掌握多方面的专业知识和相关软件工具的操作，进而制约了该方法在工程实际中的应用效果。为了顺应各领域数据集成的趋势，有必要将FEA和CFD工具与基于故障物理的可靠性评价过程进行集成处理，从而实现数字化研制环境下电子产品性能与可靠性的一体化设计，提高产品的可靠性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法，目的是综合应用电子产品设计信息、FEA和CFD仿真分析结果以及故障物理模型，降低综合仿真分析难度，避免跨平台的数据交互，实现同一平台下的可靠性综合仿真分析工作。该方法首先构建了电子产品可靠性综合仿真分析框架，进而通过各分析模块间的协同作用，最终实现电子产品的可靠性评价。本专利技术一种面向电子产品可靠性综合仿真分析的数据集成方法，该专利技术的具体步骤如图1所示，说明如下：步骤1：根据电子产品设计情况收集相关数据信息，包括PCB设计信息、材料信息、元器件信息、使用条件信息等相关数据。其中，详细的信息分类如图2所示，需要明确电子产品的整体结构信息，及其组成部分的详细信息。表1详细收集数据信息步骤2：根据收集的电子产品设计信息，建立电子产品的电路板CAD模型，并将其中的PCB设计信息、元器件信息分别存储于数据库。其中，需要根据所收集的信息，进行信息整理，明确关键信息，进而制定相关的数据字段表，包括板层数据字段表、元器件封装数据字段表、焊点数据字段表，然后以可扩展标签语言(XML)标准格式储存为XML数据文件以实现后续模块中的数据调用。其中，PropertyDataproperty＝‘xxx’中的“xxx”为相应信息的属性信息，如材料信息中的密度。其他相应的字段，可以根据实际情况填充相应的数值或者字符。上述XML文件中的“xxx”可以用表1中相应的字段信息进行填充，进而将对应的字段的数值信息进行储存。步骤3：根据电子产品的使用信息，建立寿命周期剖面或者载荷剖面，主要是明确产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，同样以XML格式表示其数据字段，保证产品建模数据的统一管理。其中，PropertyDataproperty＝‘xxx’中的“xxx”为相应信息的属性信息，如使用信息中的任务时间。其他相应的字段，可以根据实际情况填充相应的数值或者字符。步骤4：基于电路板CAD模型，应用计算流体力学程序对其进行热分析计算。其中热分析计算的执行需要依托于三个部分，即数据接口组件、计算流体力学程序及显示控件。通过数据接口组件，将电路板CAD模型、热分析条件信息读取到计算流体力学程序中，进行电路板的热仿真计算，并生成XML结果文件，最后通过数据接口组件读取热仿真分析结果，将分析结果通过显示控件显示。以上所述的数据接口组件，主要分为数据输入接口组件和结果输出接口组件，是本专利技术的核心之一。数据接口组件的算法流程如图3所示。该数据读取方法首先从步骤2和步骤3中读取产品建模数据、寿命剖面及载荷数据。在数据输入接口组件读取产品建模数据时，首先读取产品大类节点信息(即PCB设计信息、材料信息、元器件信息和使用条件信息)，在此基础上使用递归算法读取完整的产品结构信息，并生成stl文件。在读取寿命剖面及载荷数据时，可直接调用步骤3中生成的XML文件。将上述stl文件和XML文件传递给计算流体力学程序，结合热分析设置条件开展热仿真分析计算，在完成热仿真分析后，生成XML结果文件，结果输出接口组件读取该结果文件，将分析结果通过显示控件显示。步骤5：基于电路板CAD模型，应用有限元分析程序对其进行振动分析计算。其中振动分析计算的执行需要依托于三个部分，即数据接口组件、有限元分析程序及显示控件。通过数据接口组件，将电路板CAD模型、振动分析条件信息读取到有限元分析程序中，进行电路板的振动仿真计算，并生成XML结果文件，最后通过数据接口组件读取振动仿真分析结果，将分析结果通过显示控件显示。以上所述的数据接口组件，主要分为数据输入接口组件和结果输出接口组件，是本专利技术的核心之一。数据接口组件的算法流程如图4所示。该数据读取方法首先从步骤2和步骤3中获取产品建模数据、寿命剖面及载荷数据。在数据输入接口组件读取产品建模数据时，首先读取产品大类节点信息(即PCB设计信息、材料信息、元器件信息和使用条件信息)，在此基础上使用递归算法读取完整的产品结构信息，并生成stl文件。在读取寿命剖面及载荷数据时，可直接调用步骤3中生成的XML文件。将上述stl文件和XML文件传递给有限元分析程序，结合振动分析设置条件开展振动仿真分析计算，在完成振动仿真分析后，生成XML结果文件，结果输出接口组件读取该结果文件，将分析结果通过显示控件显示。步骤6：开展故障预计，综合利用上述结果信息，实现元器件的首发故障时间预计。其中，故障预计的执行需要依托于三个部分，即数据接口组件、计算求解程序及显示控件。通过数据接口组件，将电路板CAD模型、寿命剖面及载荷数据、热分析结果、振动分析结果读取到计算求解程序中，应用故障物理模型进行元器件的首发故障时间的计算，并生成XML结果文件，最后通过数据接口组件读取故障预计结果，将分析结果通过显示控件显示。以上所述的数据接口组件及计算求解程序是本专利技术的核心之一。该算法流程如图5所示。该数据读取方法首先从步骤2-5中获取产品建模数据、寿命剖面及载荷数据、热分析结果、振动分析结果。在数据输入接口组件读取数据时，可直接读取步骤2-5生成的XML文件。将上述XML文件传递给计算求解程序，结合故障预计分析设置条件及故障物理模型开展故障预计计算，生成XML结果文件，结果输出接口组件读取该结果文件，将分析结果通过显示控件显示。步骤7：开展可靠性评估，利用故障预计结果信息，实现电子产品可靠性评价。其中，可靠性评估的执行需要依托于三个部分，即数据接口组件、计算求解程序及显示控件。通过数据接口组件，将元器件故障预计结果读取到计算求解程序中，进行电路板的平均故障间隔时间计算，并生成XML结果文件，最后通过数据接口组件读取结果文件，将分析结果通过显示控件显示。以上所述的数据接口组件及计算求解程序是本专利技术的核心之一。算法流程如图6所示。该数据读取方法首先从步骤6中获取元器件故障预计结果。在数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法，主要包含以下7个步骤：步骤1：根据电子产品情况收集其相关数据信息，包括PCB设计信息(包括PCB长度、PCB宽度、PCB厚度、通孔直径、嵌入物尺寸)、材料信息(包括密度、泊松比、弹性模量、剪切模量、熔点、屈服强度、断裂强度、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率、导电率)、元器件信息(包括型号、器件类型、器件长度、器件宽度、器件高度、中心X坐标信息、中心Y坐标信息、封装材料、重量、工作温度)、使用条件信息(包括外界温度、频率、功率谱密度、任务时间)。步骤2：根据收集的电子产品信息，建立电子产品的电路板CAD模型，并将其中的PCB设计信息、元器件信息分别存储于数据库。其中，需要根据所收集的信息，进行信息整理，明确关键信息，进而制定相关的数据字段表，包括板层数据字段表、元器件封装数据字段表、焊点数据字段表，然后以可扩展标签语言(XML)标准格式储存为XML数据文件以实现后续模块中的数据调用。其中，PropertyData property＝‘xxx’中的“xxx”为相应信息的属性信息，如材料信息中的密度。其他相应的字段，可以根据实际情况填充相应的数值或者字符。...

【技术特征摘要】
1.一种面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法，主要包含以下7个步骤：步骤1：根据电子产品情况收集其相关数据信息，包括PCB设计信息(包括PCB长度、PCB宽度、PCB厚度、通孔直径、嵌入物尺寸)、材料信息(包括密度、泊松比、弹性模量、剪切模量、熔点、屈服强度、断裂强度、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率、导电率)、元器件信息(包括型号、器件类型、器件长度、器件宽度、器件高度、中心X坐标信息、中心Y坐标信息、封装材料、重量、工作温度)、使用条件信息(包括外界温度、频率、功率谱密度、任务时间)。步骤2：根据收集的电子产品信息，建立电子产品的电路板CAD模型，并将其中的PCB设计信息、元器件信息分别存储于数据库。其中，需要根据所收集的信息，进行信息整理，明确关键信息，进而制定相关的数据字段表，包括板层数据字段表、元器件封装数据字段表、焊点数据字段表，然后以可扩展标签语言(XML)标准格式储存为XML数据文件以实现后续模块中的数据调用。其中，PropertyDataproperty＝‘xxx’中的“xxx”为相应信息的属性信息，如材料信息中的密度。其他相应的字段，可以根据实际情况填充相应的数值或者字符。步骤3：根据电子产品的使用信息，建立寿命周期剖面或者载荷剖面，主要是明确产品在全寿命周期中经历的各任务阶段时间及对应的环境条件，同样以XML格式表示其数据字段，保证产品建模数据的统一管理。其中，PropertyDataproperty＝‘xxx’中的“xxx”为相应信息的属性信息，如使用信息中的任务时间。其他相应的字段，可以根据实际情况填充相应的数值或者字符。步骤4：基于电路板CAD模型，应用计算流体力学程序对其进行热分析计算。其中热分析计算的执行需要依托于三个部分，即数据接口组件、计算流体力学程序及显示控件。通过数据接口组件，将电路板CAD模型、热分析条件信息读取到计算流体力学程序中，进行电路板的热仿真计算，并生成XML结果文件，最后通过数据接口组件读取热仿真分析结果，将分析结果通过显示控件显示。该数据读取方法首先从权利要求书中的步骤2-3中获取产品建模数据、寿命剖面及载荷数据。在数据输入接口组件读取产品建模数据时，首先读取产品大类节点信息(即PCB设计信息、材料信息、元器件信息和使用条件信息)，在此基础上使用递归算法读取完整的产品结构信息，并生成stl文件。在读取寿命剖面及载荷数据时，可直接调用权利要求书中步骤3生成的XML文件。将上述stl文件和XML文件传递给计算流体力学程序，结合热分析设置条件开展热仿真分析计算，在完成热仿真分析后，生成XML结果文件，结果输出接口组件读取该结果文件，将分析结果通过显示控件显示。步骤5：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙博，李豫，任羿，冯强，杨德真，王自力，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11