如今，许多产品需要在严峻的环境下运行数百小时。在制造前弄清楚设计的物理限制和疲劳问题，对减少电路板故障，提高产品质量显得重要。设计可靠性并不是一个新概念，近年来受到了越来越多的关注。将产地标签作为可靠性指标的时代早已过去——无论实际生产发生在哪里，客户都期望行业内的所有产品都具有相同的可靠性，高质量生产有助于获得更多订单。可靠的产品具有更低的故障风险，更少的退货以及更少的保修索赔，所有这些都有助于提高盈利能力。虽然每个产品都会在某个时候故障，但是早期故障可以通过适当调整设计，来减少由于振动和加速带来的潜在问题。
常见的验证方法
行业统计数据表明，新推出的电子产品第一年故障率高达15%~20%。在恶劣环境中，疲劳可能会导致高达20%的故障。大多数设计团队依靠物理测试来确定可靠性问题。物理振动和加速度测试，也称为高加速寿命实验或HALT，提供了明确的机制来确保产品的可靠性，并找到环境因素导致的潜在故障原因。这种方法通过施加比实际产品使用过程中更高的疲劳损伤，迫使故障出现，并找出弱点。然而，该过程比较昂贵，并且具有破坏性，每个设计都需要几个月的时间才能完成。此外，不同的测试仓得出的结果可能不同，可能会掩盖在实际使用中出现故障的元件，进而影响准确性，导致其功能受到限制。由于其成本高以及会推迟上市时间，只有几个原型设计会经过物理振动和加速度测试。
上述与物理测试相关的成本和时间问题导致许多设计团队在产品开发过程中增加了机械分析步骤，以便更好地验证其可靠性。 虽然添加这一步骤能改善可靠性，但它仍有其局限性，包括：
- 大量库/型号需要开发
- 设置和仿真耗时很长
- 仿真结果无法针对特定印制电路板调整
所有这些意味着，即使是专家，机械分析仍然无法达到100%的测试覆盖率。
在设计过程中通过仿真改进验证方法
为了优化流程并将发现和纠正问题之间的时间缩到最短，应在设计阶段加入振动和加速度的仿真。 要明确的是，这并不能替代物理HALT的需求，但是通过在布局时进行仿真消除早期故障，设计团队可以减少HALT费用，并确保可靠性专家有更多的时间专注于更加隐蔽的问题。
在设计阶段集成分析的最佳流程
为了预测哪些部件会因振动而失效，工程师需要确定设计的故障频率和自然模式。工程师和设计人员还应该能够确定元件应力安全系数。在振动和加速模拟过程中，应在所有方向施加加速载荷，从而发现商业使用过程中会出现的板应力。
为了提高效率，分析必须紧密集成，易于使用，以便与放置元件的同时执行测试。仿真应能够让用户直接查看可能导致故障的所有元件的谐振频率和施加的应力。在最佳情况下，还应提供两个快速设计仿真的选项：
- 振动：计算相对应力和变形值，以确定元件引线和引脚的接触区域中的弱连接。结果能转换为元件潜在故障机率。
- 恒定加速度：提供线性静态分析，允许将恒定加速度应用于设计，以计算冯米斯应力、变形和安全系数，所有这些数据都能转换为元件的合格/不合格值。
更多内容请阅读刊登在《PCB007中国线上杂志》8月号中的原文
