一种电路板数字孪生体的建立方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术公开了一种电路板数字孪生体的建立方法、系统及终端，通过建立数字孪生体寿命预测模型库和板卡机理模型库，并在数字孪生体寿命预测模型库和板卡机理模型库内进行预测和分析，准确分析的电路板寿命评估和故障现象预测的数字孪生体，以现有的待分析电路板为分析对象，将传感器采集到的温度湿度等信息经过数字孪生体的分析之后进行数据融合，进行综合判别，识别出PCB的剩余使用寿命和发生故障之后的故障现象，并产生相应的保护信号和报警信号，定期维护时能够及时维护或更换将要发生故障的PCB，提高电子终端的可用性。在能够进行高精度寿命预测和故障预测的同时，所搭建的数字孪生体还能够实现快速便捷的建模和低算力要求的实时计算。求的实时计算。求的实时计算。

【技术实现步骤摘要】
一种电路板数字孪生体的建立方法、系统及终端


[0001]本专利技术涉及印刷电路板寿命评估
，具体为一种电路板数字孪生体的建立方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，电子技术在终端产品中的应用率持续提高，且由于电子终端设备的巨大优势，大规模应用电子产品已经成为了不可阻挡的趋势。印制电路板(Printed Circuit Board，简称“PCB”)，有“电子产品之母”之称。作为电子终端设备不可或缺的组件，PCB的可靠性直接关系到一个终端设备能否顺利实现预期目标。
[0003]由于电子产品结构日趋复杂，在实际工作过程中，PCB板的形变、传热、受力情况都将对整个电路板的可靠性产生影响，这就导致了其在应用过程中仍存在多种失效模式，电路板作为绝大多数电子产品的载体，其在工作过程中的可靠性一直是生产制造领域关注的重点，如何对PCB进行整体寿命评估是目前面临的一大难题。
[0004]PCB失效产生的危害非常大，轻则使得电子终端功能失效，重则危及生命安全。美国空军对装备硬件故障的统计结果表明：军用飞机电子设备中超过一半的失效模式与其所工作的温度环境有关。同时，该研究也表明，电子设备在温度环境中存在两类典型的失效模式：第一类失效模式是由于长期受到温度载荷的作用而引起电子设备中元器件发生的功能失效(元器件类失效模式)；第二类失效模式是由于多次温度循环载荷作用而引起的焊点疲劳断裂失效(焊点疲劳类失效模式)。
[0005]传统PCB分析主要集中在可靠性或寿命评估方面，分析的方法主要分为两种：
[0006]一是通过建立集总模型的方式以PCB上单个单位作为分析的对象，例如分析电路板上单个电子元器件、连接器或者焊点的特征，通过修正经验公式的方式进行建模。这种建模方式只能采用集总参数模型对电路板上单个工作单位进行分析，不能分析整个电路板的工作状态，也不能分析整个电路板在存在故障时候的表现。
[0007]二是采用有限元等三维分析的方式对整个电路板进行分析，这样的分析方式既可以对整个板卡进行分析，也可以对板卡上面的某部分单独进行分析。该方式既可以进行故障现象的预测，也可以进行板卡寿命的预测，该分析方式有着非常高的精度，最大的缺点是即使一个微小的预测也需要非常大的计算资源。
[0008]因此，现有的预测方法很难实现在建模速度和计算精度和计算资源消耗之间的平衡。

技术实现思路

[0009]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种电路板数字孪生体的建立方法、系统及终端，以解决现有技术中对电路板整体分析时计算资源大技术问题。
[0010]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0011]一种电路板数字孪生体的建立方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1，建立数字孪生体寿命预测模型库和板卡机理模型库，并在数字孪生体寿命预测模型库内通过拖曳式建模建立板卡的寿命预测模型，在板卡机理模型库内通过拖曳式建模建立板卡的机理模型；
[0013]步骤2，读取板卡历史分析数据，并通过板卡的寿命预测模型实时计算板卡的寿命和易损元器件，当板卡的寿命和易损元器件存在故障信息时，通过板卡的机理模型分析潜在的故障单元发生故障的现象，反之得到板卡的分析数据和板卡的预期寿命；
[0014]步骤3，在板卡的机理模型内判断潜在的故障信息是否危机整个系统工作，若危机整个系统工作则报警输出板卡的预期故障现象，反之输出预期的使用计划至板卡的机理模型内，完成电路板数字孪生体的建立工作。
[0015]优选的，步骤1中，数字孪生体寿命预测模型库包括电子元器件、接触器件、和PCB板，其中，电子元器件包括但不限于电阻、电容、电感和发光二极管的半导体集成电路；
[0016]接触器件包括但不限于开关、机械继电器和连接器；
[0017]PCB板包括但不限于FR
‑
4、FPC、铝基板、热电分离铜基板、Rogers罗杰斯高频板、PTFE铁氟龙高频板和电路板；
[0018]板卡机理模型库包括但不限于电子类器件和连接类器件，其中电子类器件包括电阻、电容、电感和半导体器件；
[0019]连接类器件包括连接器、焊点和PCB上的敷铜。
[0020]优选的，步骤1中，在数字孪生体寿命预测模型库内包括模型库选择部分和工作区部分，并将模型从模型库拖曳到工作区部分完成模型的选择，在工作区部分选择该模型并进入模型参数设置界面进行模型参数设置，并对设置好的模型进行复制粘贴用于同参数模型的重复使用。
[0021]优选的，步骤1中，板卡机理模型库包括模型库区和工作区，将模型从模型库区拖曳到工作区之后设置参数，并将位于工作区的器件按照与真实板卡相同的连接关系进行连接完成建模，其中在建模过程中，两个电子元器件的引脚之间通过敷铜进行连接。
[0022]优选的，步骤1中，数字孪生体寿命预测模型库通过在温度、湿度、压力进行处理，根据不同种类对象建立独立分析模型，并单独设置参数，其中所述独立分析模型具有历史数据插入功能。
[0023]优选的，步骤1中，板卡的寿命预测模型对板卡寿命分析的过程设置多组置信度并输出不同置信度下的预测寿命，其中将预期的寿命曲线和置信度进行比较得出板卡的预期寿命，置信度的设置通过板卡本身采用的元器件的质量以及对板卡的信赖程度决定。
[0024]优选的，步骤2中，板卡的寿命预测模型对板卡的寿命和易损元器件进行预测，具体寿命预测过程如下：
[0025]在板卡的寿命预测模型内检测板卡是否有历史数据，如果有历史数据，模型在计算时候需要将初始寿命数据设置为历史数据；反之，模型在计算前将寿命数据设置为100；
[0026]完成历史数据的判断之后，板卡的寿命预测模型根据传感器读取到的数据融入算法中，由传感器读取到的温度、湿度和压力计算出板卡的损耗。
[0027]优选的，步骤2中，当板卡的寿命和易损元器件存在故障信息时，通过板卡的机理模型计算出的寿命最短要素的故障现象。
[0028]一种电路板数字孪生体的建立系统，包括：
[0029]模型建立模块，用于建立数字孪生体寿命预测模型库和板卡机理模型库，并在数字孪生体寿命预测模型库内通过拖曳式建模建立板卡的寿命预测模型，在板卡机理模型库内通过拖曳式建模建立板卡的机理模型；
[0030]寿命预测模块，用于读取板卡历史分析数据，并通过板卡的寿命预测模型实时计算板卡的寿命和易损元器件，当板卡的寿命和易损元器件存在故障信息时，通过板卡的机理模型分析潜在的故障单元发生故障的现象，反之得到板卡的分析数据和板卡的预期寿命；
[0031]故障分析模块，用于在板卡的机理模型内判断潜在的故障信息是否危机整个系统工作，若危机整个系统工作则报警输出板卡的预期故障现象，反之输出预期的使用计划至板卡的机理模型内，完成电路板数字孪生体的建立工作。
[0032]一种移动终端，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述一种电路板数字本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电路板数字孪生体的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立数字孪生体寿命预测模型库和板卡机理模型库，并在数字孪生体寿命预测模型库内通过拖曳式建模建立板卡的寿命预测模型，在板卡机理模型库内通过拖曳式建模建立板卡的机理模型；步骤2，读取板卡历史分析数据，并通过板卡的寿命预测模型实时计算板卡的寿命和易损元器件，当板卡的寿命和易损元器件存在故障信息时，通过板卡的机理模型分析潜在的故障单元发生故障的现象，反之得到板卡的分析数据和板卡的预期寿命；步骤3，在板卡的机理模型内判断潜在的故障信息是否危机整个系统工作，若危机整个系统工作则报警输出板卡的预期故障现象，反之输出预期的使用计划至板卡的机理模型内，完成电路板数字孪生体的建立工作。2.根据权利要求1所述的一种电路板数字孪生体的建立方法，其特征在于，步骤1中，数字孪生体寿命预测模型库包括电子元器件、接触器件、和PCB板，其中，电子元器件包括但不限于电阻、电容、电感和发光二极管的半导体集成电路；接触器件包括但不限于开关、机械继电器和连接器；PCB板包括但不限于FR
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4、FPC、铝基板、热电分离铜基板、Rogers罗杰斯高频板、PTFE铁氟龙高频板和电路板；板卡机理模型库包括但不限于电子类器件和连接类器件，其中电子类器件包括电阻、电容、电感和半导体器件；连接类器件包括连接器、焊点和PCB上的敷铜。3.根据权利要求1所述的一种电路板数字孪生体的建立方法，其特征在于，步骤1中，在数字孪生体寿命预测模型库内包括模型库选择部分和工作区部分，并将模型从模型库拖曳到工作区部分完成模型的选择，在工作区部分选择该模型并进入模型参数设置界面进行模型参数设置，并对设置好的模型进行复制粘贴用于同参数模型的重复使用。4.根据权利要求1所述的一种电路板数字孪生体的建立方法，其特征在于，步骤1中，板卡机理模型库包括模型库区和工作区，将模型从模型库区拖曳到工作区之后设置参数，并将位于工作区的器件按照与真实板卡相同的连接关系进行连接完成建模，其中在建模过程中，两个电子元器件的引脚之间通过敷铜进行连接。5.根据权利要求1所述的一种电路板数字孪生体的建立方法，其特征在于，步骤1中，数字孪生体寿命预测模型库通过在温...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽华，王鹏飞，万甲双，吴世发，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：