结构可靠性的定义：
产品结构可靠性，是指在规定时间和条件下，产品结构具有的满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力。
电子设备的失效
车灯PCBA可靠性挑战：
- 通过测试证明可靠性的缺点
需要太长时间
成本太高
这个过程为时已晚
失败并不总是相关的
它阻碍了创新和修改
没人愿意反复测试
重复 3-5 次，直到没有其他东西中断或用完了时间/金钱
温循实验耗时高达109天
失效具有随机性
需要在设计过程的早期解决车灯PCBA可靠性问题：
不同阶段需要花费的成本
车灯PCBA可靠性分析解决方案：
基于统一仿真平台下的完整解决方案
为什么是 Sherlock?
高可靠性要求的电子产品提供快速并准确的失效寿命预测仿真
快速自动生成有限元模型；
采用成熟的半解析算法进行失效分析（比如焊点）；
按照相关规范进行失效设计（厂家元器件寿命）。
- 针对电子产品温循、焊球疲劳、振动疲劳、热力疲劳、半导体失效、电容失效等进行分析
- 目前唯一一款采用可靠性物理进行产品失效预测仿真软件，复杂系统的计算也仅需几小时
外壳 PCBA 系统
Sherlock 是什么？
- 基于电子产品失效物理分析(POF)的有力工具 ；
- ECAD to FEA ，这个流程可以在几分钟完成，仿真在几小时内完成；
- 内置丰富数据库（器件/封装/PCB叠层/材料/焊球），仿真精度在±20%以内；
- 解决电子产品温循疲劳、焊球疲劳、振动疲劳、热力疲劳、镀通孔疲劳、半导体损耗、电容失效等
温循疲劳 回流焊疲劳 振动冲击疲劳 端口插拔疲劳
Sherlock技术优势: 聚焦电子产品可靠性设计
- 普遍使用的多种结构仿真工具软件可以提供准确的应力结果(Stress Information)，但无法做出对应的可靠性寿命预测。
- 可靠性物理分析（Reliability Physics Analysis）是一种将失效物理学应用于工程产品开发的方法，用以预测产品故障和可靠性寿命。
- Sherlock是目前唯一一款基于可靠性物理分析的电子产品仿真软件，能够在设计早期阶段为元器件、电路板和硬件系统提供快速、准确的寿命预测。
Sherlock技术优势: 唯一能够提供复合寿命预测曲线的仿真软件
- Sherlock可以基于CAE得出的结果数据，提供故障时间(time-to-failure)和可靠性预测，这些预测是制定设计成本决策(如保修成本)或缩短上市时间所必需的关键，决定了产品的竞争优势。
寿命曲线
Sherlock技术优势: 为电子产品FEA提供专用的前、后处理
- FEA前处理：将ECAD文件转化为可以直接用于FEA的3D几何模型，且包含材料属性，过程只需要几分钟；
- FEA后处理：基于FEA仿真结果温度、应力、应变数据进行系统可靠性预测；
- Sherlock材料库：全球/本地材料库，包含器件/封装/层材料/物料。
Sherlock技术优势:为电子产品研发全流程提供价值
- Sherlock可以嵌入电子产品研发生命周期的多个环节，机械和电子工程师可以在产品制造之前，快速而容易地预测在实际工作状态下的可靠性寿命。
电子产品研发生命周期
Sherlock中导出有限元模型：
- 在Ansys Sherlock中创建PCBA模型开始，然后导出到Ansys Workbench中；
- Sherlock允许使用ECAD文件快速创建模型，并具有重要的优化选项，可帮助从ECAD转换为CAD模型再到可用的FEA模型
导出有限元模型到FEA软件
Ansys Icepak 热分析：
进行Ansys Icepak PCBA温升分析：两种工况:
15m/s的车速导致PCB外壳周围3m/s的气流
无气流（汽车停止）
几个关键组件和40°C的环境空气时都有功耗
在最坏情况下无法达到最高允许温度，这足以防止与热相关的故障吗？
无气流 考虑气流
Ansys Sherlock 焊球疲劳分析：
- 此处的配置文件假设每小时有4个90秒停靠点（红绿灯，上下客等）以及每天行驶15小时；
- Ansys Sherlock分析显示，由于气流不足而使电路板升温时，温度波动会导致焊料疲劳风险；
- 一个建议可能是增加风扇，该风扇在车辆减速时会启动，以确保整个生命周期内气流和PCBA温度保持一致；
- 这样可以防止与热循环相关的焊料疲劳，但是否可以充分减轻与温度相关的失效风险？
热循环焊球疲劳分析
Ansys Mechanical中导入Icepak温度结果：
- 为了完全捕捉零件温升的影响，必须将Ansys Icepak CFD结果包括在内，作为结构有限元分析的输入；
- 必须正确考虑PCBA在其外壳内膨胀和屈曲/翘曲，温度梯度导致组件/板膨胀率不匹配以及与温度相关的材料特性所产生的约束效应；
- 在此分析中导入温度分布。
热固耦合
瞬态机械冲击分析：
- 进行了比较分析，以量化当车辆遇到坑洼时，PCBA受到压力的影响， 在有和没有在Ansys Icepak中计算的板温度梯度的情况下进行仿真；
- 通过在垂直方向施加25G，10ms半正弦脉冲，可以估算坑洼的负载。
无热膨胀的影响 有热膨胀的影响
Ansys Sherlock 失效分析结果比较：
- 每小时3个坑洞冲击，每天15小时，持续2年；
- 在没有热负荷的情况下，电解电容器和大型通孔连接器会突出显示为故障风险， 这并不罕见，并且加入支撑材料可能会减轻这些风险；
- 但是，当在冲击模拟过程中包括由于热膨胀引起的应变时，BGA也被确定为故障风险， 如果没有Ansys Icepak的分析，这些故障风险将被忽略；
- 这突出了在进行机械可靠性分析之前尽可能准确地定义温度加载条件的重要性，而最有效的方法是联合使用Icepak 热分析。
无热膨胀的影响
有热膨胀的影响
总结：在车灯PCBA设计初期，Ansys Sherlock凭借先进的可靠性物理/失效物理（PoF）技术，能够帮助工程师快速精确的预测产品使用寿命，降低PCBA产品热、机械、制造相关风险。
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