更好的PCB仿真在停止时会带来更少的惊喜

振动仿真软件专门针对打印电路板进行了优化。

为了感受到振动问题如何影响产品设计，认为美国空军估计震荡和振动导致航空电子病中所有机械故障的20％。这种失败水平是任何类型产品的问题，但对于昂贵的设备具有长寿时，它特别具有挑战性。例如，军用航空电子设备预计将持续10至30年。

无论其使用寿命的长度如何，可靠性对大多数产品变得重要。虽然手机只有18至36个月的预计寿命，但它们仍然必须在那段时间内可靠地工作。幸运的是，工程师知道电子设备中的冲击和振动故障的原因。它们主要由破碎的部件引线，破裂的焊点，元件裂缝的开裂，镀孔开裂，断路痕迹，板分层和电气短路。

振动仿真后的设计视图。特殊算法预测特定组件由于经过测试的振动水平而导致的特定组件的概率，并以红色（顶部）突出显示它们。在后处理器模拟输出（中间和底部）中呼出最坏情况的变形。

已经开发了数学关系以将各种部件的疲劳寿命涉及到它们坐下的PCB的动态位移。其中一些关系很简单，无法制定为拇指规则。例如，设计师长期遵循所谓的八度规则，其中表示机箱的自然谐振频率应该是来自PCB的固有频率的至少一个八度音程。

尽管如此，拇指数学规则只能到目前为止。大多数设计团队依靠物理测试来揭示此类问题。物理振动和加速测试，称为高度加速的生命周期测试或停止，提供了一种方法来确保产品的可靠性并识别由环境因素引起的潜在故障。它刚刚在批量制造之前进行，需要专家技术人员。停止测试涉及施加比实际产品更高的疲劳，从而强迫失败并识别弱点，因为产品经过严格地测试。然而，该过程昂贵和破坏性，可能需要最多需要四个月，而每个设计的平均为30,000美元或更多。

对于军事装备，停止在资格测试之前进行。军用产品（以及运输和机械）建造了高可靠性，并且必须在最恶劣的环境中执行。因此，他们的停止工作往往是严重的，在一系列环境条件下进行。

值得注意的是，对于特定类型的产品没有一组停止规范。暂停程序根据压力定义，特定产品将看到，有多少样品可用，在预期应力期间的电路是哪些电路，等等。HALT计划通常包含增量温度胁迫水平，快速热转变，增量振动应力以及这些条件的组合。

然而，有复杂因素：结果可以根据测试室，可能隐藏可能导致现场故障的问题而变化。此外，由于费用，只有少数样本通常会停止。

用仿真提高验证

因此，难怪，那么，有一个举动可以开发模拟器，能够预测PCB和电子器件如何在振动和加速度中表现。该软件不会消除对停止的需求。但它可以突出布局的潜在问题，因此设计团队可以减少停止费用，让可靠性专家有更多的时间来专注于更严格的问题。桥接电气和机械设计学科，振动和加速度模拟可以缩短设计周期，并有助于提高产品可靠性。

在振动和加速模拟期间，软件通常在所有方向上施加加速度。为了效率，分析与组件放置同时进行。该软件通过自动读取物理堆叠和板材以及组件重量和边界条件来简化仿真设置。用户只需要在仿真期间定义扫描频率和约束或边界条件。最后，仿真允许用户直接查看谐波频率并对可能导致故障的所有组件进行压力。

作为最佳案例，在布局域中有两个用于快速设计模拟的选项：首先，振动模式计算相对应力和变形值，以确定组件引线和销的接触区域中的弱链路。稍后可以将结果转换成潜在成分失效的概率。其次，恒定的加速模式提供了线性静态分析，该分析应用于设计的恒定加速度。该分析可以找到Von-Mises应力，变形和安全因子，所有这些都可以将其稍后翻译成组件的通过/失败值。

一旦识别出故障的部件，动画电路板型号的后处理器接口可以帮助确定导致零件故障的确切变量和因素。简化的后处理器视图可以突出显示有问题的部件，因此设计人员可以注意到并纠正潜在的组件故障。该设施允许工程师或设计师没有产品可靠性专业知识，以轻松破译疲劳和振动问题。

高级视图模式可以让产品开发团队确定失败的直接原因。除了让设计人员自定义虚拟原型的可视化之外，后处理实用程序提供了一种配置关键区域的变形强度的方法，因此设计人员可以直接查看电路板的变形。板的变形可以是动画的，所以设计人员可以看到振动分析期间板的弯曲和移动。

典型的案例

一些例子显示了模拟可以消除或减少的那种物理测试。在一个案例中，公司通过运输样本来对世界各地的多个目的地进行运输压力来测试其产品，然后回来。没有问题的返回产品被认为是可接受的。如果出现问题，则修改设计并重复物理测试的过程。

要在使用过程中测试问题，另一家公司将其产品固定到仓库地板上并进行物理振动分析。当然，这个过程昂贵，耗时，潜在的破坏性。

设计包含大连接器的板的第三家公司将在没有连接器的情况下运行物理测试，以便为所需的测试夹具腾出空间。不准确的测试环境产生了假阳性结果。

虚拟振动和加速仿真可以提供比物理测试所示的更可靠的结果。现代模拟器采用了一种故障预测算法，以及快速准确的全自动有限元分析。

实质上，模拟器在PCB布局阶段期间运行虚拟停止序列。该模拟有助于可视化和识别有问题的部件，检测在物理测试期间错过的故障阈值的组件，并分析PIN级Von-Mises应力和变形以确定故障概率和安全因素。此外，设计人员可以模拟所有设计，而不是那些高风险的设计。

总而言之，在布局域中的每个板上运行虚拟模拟的能力让工程师和设计人员在董事会进入制造商之前早期检测到产品开发过程中的问题。

从Xpeition模拟停止测试的几个屏幕抓取。模拟后，程序列出了失败的组件（顶部）。高级视图模式将变形强度和应力强度降至引线（中间）。在变形的视图模式中，可以在预定义频率范围（底部）中的六轴振动下进行动画地查看电路板。

虽然振动仿真长期以来，但最近只有这些模拟器的版本已经专门针对PCB设计进行了优化。在这方面，Mentor，Siemens Business，为可靠性（DFR）提供了Xpeition设计，第一个PCB设计专用振动和加速仿真包。它专门针对PCB布局设计器进行了优化。其组件建模库包括超过4,000个3D实体模型，用于为模拟创建高度定义的零件。3D库允许用户轻松地将几何形象与其2D单元数据库匹配。设计人员可以在电路板上组装零件型号，并自动地将其网格网以进行性能分析，包括任何所需的加强件和机械部件。

专利的后处理器技术让设计人员快速查看高故障概率组件并分析边界条件，材料属性和环境配置文件。为了模拟应力，Xpeition将力量向量应用于每个组件。该信息用于确定应用于该特定组件的应力并理解是否存在潜在的故障。目前，这是一个早期分析寻找组件故障。设计人员可以看到整个板的压力强度和变形以及由于放置而导致的任何导致故障。

当出现问题时，该程序让设计人员轻松移动组件。虽然这可能是人工智能的年龄，但它仍然是人类经营者，他们必须看到结果并确定决议。Xpedition（DFR）提供分层结果，以使过程更容易和动画进行可视化。

最后，值得注意的是，Xpedition（DFR）采用比大多数普通机械分析软件高出四到八倍的网格尺寸。这符合准确的建模，并且通常在包含32 GB RAM的系统上最佳。