可靠性仿真方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于寻找包括多个部件的ＰＣＢ组件的设计薄弱之处和潜在现场故障的方法，该方法包括以下步骤：ａ）建立所述ＰＣＢ组件的模型，其中通过所述ＰＣＢ组件的所述模型能够确定所述ＰＣＢ组件的固有频率和振型；ｂ）执行固有频率仿真以确定所述ＰＣＢ组件的固有频率和振型；以及ｃ）分析所确定出的固有频率和振型，并识别出部件的本地主振荡，被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的的本地主振荡的部件被识别为发生现场故障的可能性相对高的部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的领域涉及对印刷电路板(PCB)组件(assembly)及相关设备执行可靠性测试的方法和系统。更具体地说，本专利技术涉及以有效、简单和可靠的方式对HALT测试或者其他可靠性或验证测试进行仿真的方法和系统，该测试可以在最初的设备开发阶段或者在任何后期阶段尽早地容易地执行，并且无需物理上获得被测设备或者其部件。在优选的情况下，展示了对其上装配有所有部件的PCB的HALT测试的仿真，并给出了与真实的HALT测试的结果具有非常高相关性的结果。
技术介绍
在电子设备的开发中，最为重要的因素之一就是以故障率和寿命衡量的可靠性和耐久性问题。在电子工业中存在对用于在可靠性和耐久性方面优化硬件设计的有效工具的持续增长的需求。几乎任何机械或电子设备都会遭受变化的环境条件，例如随机振动、摇动(shake)、动态冲击(dynamic shock)、温度变化等。这种变化的条件会导致设备的功能故障。显然，设计者、制造商、供应商和用户会力求避免这种故障。为了确定设备的耐久性和可靠性，并预测和消除未来的故障，通常在设计和制造周期期间对设备(这里也称为“产品”)执行各种测试。这些测试会对被测设备施加各种动态的和热学的载荷，例如随机振动、动态冲击等，以识别可能发生故障的易损部件。在现有技术中，一个已知的重要并被广泛接受的可靠性测试是高加速寿命测试(HALT)。HALT测试通过施加随机振动和变化温度条件形式的随机应力(stress)而对复杂疲劳问题进行仿真和激励。在HALT测试期间施加到设备上的应力通常超过预期的最极端现场条件，并且希望-->将产品发给用户之前，在短期内揭示出设计弱点。而常规的成败测试方法不总是提供足够的可靠性安全裕度，HALT提供了不同的方法：其理念是促使发生故障，而不是促使通过测试。HALT测试的使用有效地提高了产品的运行裕度，创建了规定极限和实际运行极限之间的更大差距(gap)。HALT测试是在施加振动和热学载荷的室中进行的。振动是大多数HALT程序的基础。HALT使用的振动方法比较特殊。与在给定时间使用单轴加速度或激励的常规振动测试技术不同，HALT使安装在室台(chamber table)上的产品同时在六个自由度(即三个平移方向和三个旋转方向)上随机振动。除了振动以外，HALT测试的某些阶段还可能进行其他的加载程序，例如热-冷的热转变。如所述，HALT测试的目的是在产品工作于真实生活中之前发现潜在的设计弱点。通过仿真和加速产品老化，HALT测试揭示了产品的真正可靠性，并识别可能会潜伏数月或数年的与时间相关的缺陷或设计问题。当HALT测试揭示出被测产品的毛病时，需要并且通常进行设计修改，随后使用修改后的产品重复进行HALT测试。这种重复测试和设计修改可能会发生数次，直到获得了满意的结果。已利用计算机软件对很多种实验室测试进行仿真。与需要昂贵的测试设备、人员和用于进行先期测试准备以及用于测试本身的大量时间的物理的实验室测试相比，执行计算机仿真节省了大量时间和成本。此外，显然，实验室测试需要物理样品(prototype)，而计算机仿真优选地在最初的设计过程期间且在提供可用样品之前，较早地在设计周期中进行。有几种典型的方法可用来执行这种计算机仿真。最普遍的程序之一是有限元技术，有限元技术能够分析在振动和热载荷的各种动态状况(dynamic regime)下被测设备的行为。有限元分析技术能够处理多个动态状况，包括：(a)其中力或加速度随时间变化的冲击；(b)在频域中对模型进行分析的情况下的动态频率和谐波响应；以及(c)模型受到以PSD表示的单轴随机振动的情况下的动态随机响应。术语PSD代表功率谱密度，或者更具体地说，以每频率均方加速度(g2/Hz)为单位的随机振动密度的功率。-->如所述，HALT实验室测试已被认为是在现有技术中用于预测未来故障的最可信赖的测试之一。然而，尚未提供对HALT测试的仿真。如所述，HALT测试施加六自由度同时振动，而所有的现有技术有限元解决方案，包括PSD有限元分析，都在每个给定时间对单轴动态状况进行操作。现有技术尚未提供对HALT测试或者对用于预测电子或机械设备中的故障的同时进行多轴加载的其他测试的仿真。因此，本专利技术的一个目的是提供无需任何物理测试设施并且无需具有物理被测对象(即被测产品本身)就能够执行的对可靠性、稳健性或者疲劳测试的仿真。本专利技术的另一目的是提供无需任何物理测试设施并且无需具有物理被测对象就能够执行的对HALT测试的仿真。本专利技术的另一目的是提供无需任何物理测试设施并且无需具有物理被测对象就能够执行的对同时进行多轴加载的测试的仿真。本专利技术的另一目的是提供无需任何物理测试设施并且无需具有物理被测对象就能够执行的对被设计成用于发现被测产品的工作裕度(operational margin)或者用于揭示被测产品的最薄弱部件的可靠性测试的仿真。本专利技术的另一目的是提供以下仿真，该仿真能够在产品的最初开发阶段期间尽早地执行，例如在布局或者最初设计阶段期间或者在尚未提供被测产品的可用的物理样品时执行。本专利技术的另一目的是通过能够在产品开发的早期阶段消除未来故障，并通过消除或减少对包括HALT或者任何其他实验室测试的物理实验室测试的需要，来节省时间和成本。本专利技术的一个特别的目的是使得能够使用仿真对PCB工业中的电子板或相关设备的设计的可靠性和稳健性进行分析。随着说明的深入，本专利技术的其他目的和优点将变得显而易见。
技术实现思路
本专利技术涉及用于寻找包括多个部件的PCB组件的设计薄弱之处-->(weakness)和潜在的现场故障的方法，该方法包括以下步骤：(a)建立PCB组件的模型，通过该模型可确定PCB组件的固有频率和振型(modeshape)；(b)执行固有频率仿真以确定PCB组件的固有频率和振型；以及(c)分析所确定出的固有频率和振型，识别出部件的本地主振荡(dominant oscillation)，被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的本地主振荡的部件被识别为发生现场故障的可能性相对高的部件。优选的是，该方法进一步包括以下步骤：预定义振型类型并为每个振型类型指派威胁权重，其中所述分析步骤包括以下步骤：在所确定出的振型和所预定义的振型类型之间进行匹配，由此针对被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的本地主振荡的每个部件，确定对应的威胁权重。优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于寻找包括多个部件的ＰＣＢ组件的设计薄弱之处和潜在现场故障的方法，该方法包括以下步骤：　ａ）建立所述ＰＣＢ组件的模型，其中通过所述ＰＣＢ组件的所述模型能够确定所述ＰＣＢ组件的固有频率和振型；　ｂ）执行固有频率仿真以确定所述ＰＣＢ组件的固有频率和振型；以及　ｃ）分析所确定出的固有频率和振型，并识别出部件的本地主振荡，被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的本地主振荡的部件被识别为发生现场故障的可能性相对高的部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】IL 2006-3-8 1741861、一种用于寻找包括多个部件的PCB组件的设计薄弱之处和潜在
现场故障的方法，该方法包括以下步骤：
a)建立所述PCB组件的模型，其中通过所述PCB组件的所述模型
能够确定所述PCB组件的固有频率和振型；
b)执行固有频率仿真以确定所述PCB组件的固有频率和振型；以
及
c)分析所确定出的固有频率和振型，并识别出部件的本地主振荡，
被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的本地主振荡的部件
被识别为发生现场故障的可能性相对高的部件。
2、根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下步骤：预定
义振型类型并将威胁权重指派给各振型类型，其中所述分析步骤包括以
下步骤，即在所确定出的振型和所述预定义的振型类型之间进行匹配，
由此针对被识别为具有所确定出的振型中的至少一个振型中的本地主振
荡的每个部件，确定对应的威胁权重。
3、根据权利要求2所述的方法，其中与仅在一个固有频率下在同一
个部件中出现与本地主振荡相关的单个振型类型的情况相比，在一个以
上固有频率下在同一个部件中出现与本地主振荡相关的两个或更多个振
型类型表示更高的威胁权重。
4、根据权利要求2所述的方法，其中与部件的非纯粹主本地振荡的
振型类型相比，与同一部件的纯粹主本地振荡相关的振型类型表示所述
部件的更高威胁权重。
5、根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括以下限制中的一
种或更多种：
a)将固有频率的频率范围限制在所述仿真内；
b)将所述固有频率仿真限制在前面预定数量个固有频率的范围；以
及
c)将该方法结果限制在寻找发生现场故障的可能性相对高的前面预
定数量个部件。
6、根据权利要求1所述的方法，该方法用于预报HALT实验室测试
的结果。
7、根据权利要求6所述的方法，该方法被校准以类似于特定制造商
的特定HALT机，用于与所述机器执行的HALT测试更好地保持一致。
8、根据权利要求7所述的方法，其中所述机器具有特定PSD加载
状态曲线，并且所述校准是通过以下方式获得，即与相关频率范围内的
其他频率相比，对于具有恰好位于其中所述机器提供了以g2/Hz为单位的
相对高的PSD水平的频谱内的主本地振荡的部件，考虑较高的威胁，反
之，与所述相关频率范围内的其他频率相比，对于具有恰好位于其中所
述机器提供了以g2/Hz为单位的相对低的PSD水平的频谱内的主本地振
荡的部件，考虑较低的威胁。
9、根据权利要求1所述的方法，该方法用于预报实验室测试的结果，
找到设计薄弱之处，并找到PCB组件的潜在现场故障。
10、根据权利要求1所述的方法，该方法在比其中能够提供所述PCB
组件的样品的阶段更早的PCB组件设计的早期阶段执行。
11、根据权利要求1所述的方法，该方法作为对HALT实验室测试
的补充处理来执行。
12、根据权利要求1所述的方法，其中所述建立的模型是有限元模
型。
13、根据权利要求1所述的方法，其中所述建立的模型包括对所述
PCB部件导线的建模。
14、根据权利要求13所述的方法，其中所述模型还包括对焊接处的
建模。
15、根据权利要求1所述的方法，其中所述模型还包括对涂层的建
模。
16、根据权利要求12所述的方法，其中所述模型是“p元素”网格。
17、根据权利要求16所述的方法，其中整个所述网格是体积“p元素”
网格。
18、根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是有限元“h”模型。
19、根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是有限差分模型。
20、根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是有限体积模型。
21、根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是边界元模型。
22、根据权利要求1所述的方法，其中对一些部件的所述建模是详
细的，而对其他部件的所述建模是近似的。
23、根据权利要求1所述的方法，其中所分析的所述振型的每一个
都展示了位移向量。
24、根据权利要求23所述的方法，其中所述位移向量是空间位移向
量。
25、根据权利要求23所述的方法，其中待分析的所述振型的每一个
都展示了可用的多至六个可能的自由度中的仅一个自由度下的位移向
量。
26、根据权利要求1所述的方法，其中待分析的所述振型的每一个
都定义了仅一个平面内的位移向量。
27、根据权利要求1所述的方法，其中待分析的所述振型的每一个
都展示了应力向量。
28、根据权利要求1所述的方法，其中待分析的所述振型的每一个

【专利技术属性】
技术研发人员：亚伯拉罕瓦龙温雷布，
申请(专利权)人：动力学专家有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[]