[发明专利]面向电子产品可靠性物理综合仿真分析的数据集成方法

摘要

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。

主权项

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。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，PropertyData property＝‘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：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。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。该数据读取方法首先从权利要求书中的步骤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，可直接读取权利要求书中步骤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，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。该数据读取方法首先从权利要求书中的步骤6获取元器件故障预计结果。在数据输入接口组件读取故障预计结果时，可直接读取权利要求书中步骤6中生成的XML结果文件。将该XML文件传递给计算求解程序，结合可靠性评估设置条件开展可靠性评估计算，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。