● 摘要
随着电子产品功能的增加、体积的缩小和用户对高可靠性的要求，电子产品可靠性的重要性和迫切性日益突出。在电子产品的设计阶段和研制阶段，利用基于故障物理的可靠性虚拟仿真技术来预计电子产品在振动和温度环境应力下的可靠性，可以为电子产品优化设计提供信息，提高产品固有可靠性，并给出设计阶段的可靠性指标。本文研究了一些振动应力和温度应力导致的典型故障机理及其故障机理模型，进而提出了一套基于故障物理的电子产品可靠性预计方法。故障机理模型输入参数包括产品结构参数、产品寿命周期内的环境应力。通过仿真手段获得电子产品在振动和温度环境应力下的响应值，作为故障机理模型的输入参数。在振动仿真试验中，模态仿真分析和随机振动仿真分析的准确性直接影响可靠性预计的精度。所以通过模态试验对模态仿真分析结果进行修正和验证，并通过随机振动试验验证随机振动分析结果。同理，通过热测试试验验证热仿真分析结果。通过仿真分析发现电路板上随机振动响应值较大的区域或者高温区域，再根据电子产品的设计信息查找潜在的故障模式及其故障机理。以焊点疲劳为例，利用累积损伤模型对电子产品的焊点在不同应力水平下的损伤进行累积计算，获得焊点的首次故障时间。因为仿真结果的误差等因素具有一定随机性，利用蒙特卡洛仿真方法对随机化参数进行抽样，分别计算各随机参数对应的寿命值，然后对这系列寿命值进行分布拟合，获得焊点疲劳寿命分布函数。通过类似的方法，我们可以预计电子产品潜在故障的寿命分布。