如何提高电子产品的结构可靠性？

Ansys中国 2021年12月31日浏览：2040 收藏：6

电子产品所在的新基建产业在中国有很大的发展潜力，例如受众极为广泛的消费电子行业、国家重点投入的半导体行业、5G产业等。电子产品性能要求高（包括小型化、规模化、集成化）、使用环境恶劣（受到温度、振动、潮湿和粉尘等因素影响），这使得电子产品结构可靠性有很大挑战，需要满足功能可靠、满足寿命需求等。

自电子行业高速发展以来，Ansys仿真解决方案就在帮助电子行业用户提高其产品结构可靠性，电子产品具有高附加值、产品迅速升级换代、生命周期短、变更频繁、上市时间短等高要求。Ansys在电子行业深耕多年，成熟可靠的电子产品解决方案可以提高电子产品可靠性，减少产品设计优化迭代次数，从而减少物理样机测试次数，大大缩短电子产品上市时间，帮助企业快速占领市场和提高品牌认可度。

目前Ansys行业应用方案将集中在芯片、封装、PCB等半导体行业结构可靠性、5G行业结构可靠性、消费电子产品结构可靠性上。未来会随着市场热点和客户需求进行调整，增加行业内容。电子产品热应力分析、湿应力分析、振动分析、跌落碰撞分析、多物理场耦合、多学科融合是本次应用方案主要考虑的方向。

一、芯片、封装、PCB结构分析

主要针对半导体、封装、电子控制行业中芯片、封装PCB结构受力变形分析

芯片、基板翘曲变形（联合电磁-热-力耦合）
基板结构显式动力学可靠性（跌落碰撞）
封装PCB结构制造工艺设计（FC工艺、热压焊接等）
封装PCB结构热力可靠性（温循）
封装PCB结构中焊球蠕变和寿命分析
封装PCB结构湿度扩散和湿应力分析
封装PCB的结构动力学可靠性（模态、随机振动）
封装结构显式动力学可靠性（跌落碰撞）

二、5G电子产品结构可靠性

主要针对手机、滤波器等整机产品结构可靠性

手机扬声器性能优化（优化频响曲线，减少杂音，优化音腔结构）
手机整机多点弯曲试验
手机整机扭转弯曲试验
手机整机跌落测试
体声波滤波器（BAW）可靠性
声表面波滤波器（SAW）可靠性

三、Ansys Sherlock在电子产品失效性分析中的应用

Sherlock是唯一使用失效物理进行电子产品寿命和失效分析的产品，兼顾精度和效率，在电子行业失效分析中有很强竞争力

Sherlock分析封装PCB谐响应、随机振动寿命和失效概率
Sherlock分析封装PCB瞬态冲击寿命和失效概率
Sherlock分析封装PCB温循寿命和失效概率
Sherlock分析封装PCB中焊球寿命和失效概率
Sherlock电路板插拔和弯曲测试
Sherlock对芯片损耗寿命和失效分析（介质击穿、BTI、热载流子注入、电迁移）
Sherlock结合Workbench进行系统电子产品寿命和失效分析（谐响应、随机振动、瞬态冲击、热力、焊球失效等工况）

时下先进的2.5D/3D IC封装技术，包括通过硅通孔（TSV）、管芯和晶片堆叠、系统封装SiP等，将成为5G芯片封装设计的主流选择。短互连路径由于提高了I/O速度，堆叠芯片之间的TSV可实现更高的性能。随着芯片的功率提高，尺寸紧凑，分析结构可靠性需要考虑芯片发热、封装发热等条件。此类分析通常会使用芯片分析工具Ansys Redhawk，电子热分析工具Ansys Icepak进行芯片与封装热分析，而结构分析工具Ansys Mechanical可使用以上工具的热分析结果，再进行结构分析，这些工具组合构成了业界流程最完整、功能最强大的结构分析方案。

电子产品结构失效性分析需要分析得到产品使用寿命和失效概率分布，最常用的是失效物理（POF）法，而仅凭有限元分析是不够的，但这恰是Ansys Sherlock所擅长的。Sherlock具有丰富的器件、材料库和测试数据，而Mechanical具有鲁棒性最好的结构有限元求解器，两者强强结合，Sherlock可以利用Mechanical分析得到的有限元数据，从自身丰富数据库中，快速准确、简单方便得到电子产品结构失效数据。

Ansys旗下的芯片、电磁、热、结构、失效性分析等众多工具，可实现多物理场耦合、多学科融合，构成了业界最全面的电子产品可靠性解决方案。此方案兼具精度和效率，可为不同层次和水平的用户提供帮助；同时，Ansys还具有电子产品失效分析咨询服务能力（提供电子产品测试和失效测试方案，由原DFR公司提供）。电子行业企业使用Ansys电子产品可靠性方案，可以提高电子产品可靠性，减少产品设计优化迭代次数，从而减少物理样机测试次数，大大缩短电子产品上市时间，降低研发成本，帮助企业快速占领市场和提高品牌认可度。

典型应用案例：

如何提高电子产品的结构可靠性？的图1