1GB/TXXXXX—XXXX可靠性仿真試驗(yàn)方法第3部分：電子部件本文件規(guī)定了電子部件可靠性仿真試驗(yàn)的總則、一般要求和詳細(xì)要求。本文件適用于電子部件可靠性仿真試驗(yàn)，電子類模塊、組件、設(shè)備等電子產(chǎn)品均可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2036印制電路術(shù)語GB/T2900.99電工術(shù)語可信性GB/TXXXX.1可靠性仿真試驗(yàn)方法第1部分：通用要求GB/TXXXX.4可靠性仿真試驗(yàn)方法第4部分：機(jī)電系統(tǒng)GJB451B裝備通用質(zhì)量特性術(shù)語HB20087航空電子產(chǎn)品可靠性仿真分析通用要求3術(shù)語、定義和縮略語GB/T2036、GB/T2900.99、GB/TXXXX.1、GJB451B、HB20087界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1術(shù)語和定義3.1.1失效物理模型physicoffailuremodels針對某特定的故障機(jī)理，在基本物理、化學(xué)、其他原理公式和（或）分析回歸公式的基礎(chǔ)上，建立起來的定量地反映故障發(fā)生（或發(fā)生時(shí)間）與材料、結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)模型。又稱故障物理模型。[來源：HB20087-2012,3.1.3]3.1.2故障信息矩陣failuresdatamatrix產(chǎn)品中各潛在失效點(diǎn)及其失效模式、失效機(jī)理、失效時(shí)間等組成的數(shù)據(jù)矩陣。3.2縮略語2GB/TXXXXX—XXXX下列縮略語適用于本文件。CADComputerAidedDesign計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAEComputationalAidedEngineering計(jì)算機(jī)輔助工程CFDComputationalFluidDynamics計(jì)算流體力學(xué)FEAFiniteElementAnalysis有限元分析MTTFMeanOperatingTimetoFailure平均失效前工作時(shí)間PCBPrintedCircuitBoard印制電路板4總則通過在電子部件可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型上施加虛擬的環(huán)境和（或）工作載荷，發(fā)現(xiàn)電子部件的薄弱環(huán)節(jié)，為電子部件的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。4.2基本原則基本原則包括：a)所使用的軟件應(yīng)是工程常用軟件或經(jīng)過工程驗(yàn)證的專業(yè)軟件；b)電子部件可靠性仿真試驗(yàn)宜考慮溫度、振動(dòng)和電等載荷條件的影響；c)宜對模型計(jì)算結(jié)果的可信度進(jìn)行評價(jià)，必要時(shí)開展物理測試進(jìn)行模型驗(yàn)證與修正；d)根據(jù)工況及需求，可對電子部件可靠性仿真試驗(yàn)方法內(nèi)容進(jìn)行裁剪使用。5一般要求5.1設(shè)計(jì)狀態(tài)要求開展可靠性仿真試驗(yàn)時(shí)，電子部件設(shè)計(jì)狀態(tài)需要滿足以下要求：a)已完成詳細(xì)的電子部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)；b)具備詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖、PCB設(shè)計(jì)圖、元器件清單等。5.2軟硬件要求電子部件可靠性仿真試驗(yàn)應(yīng)滿足的軟硬件要求如下：a)可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型建模宜采用具備CAD建模功能的軟件；b)溫度應(yīng)力分析、振動(dòng)應(yīng)力分析宜采用有限元分析軟件建模和計(jì)算；c)可靠性分析宜采用基于失效物理的應(yīng)力損傷分析軟件計(jì)算；d)硬件應(yīng)滿足軟件運(yùn)行需求。5.3環(huán)境與工作條件5.3.1電應(yīng)力3GB/TXXXXX—XXXX電應(yīng)力應(yīng)包括元器件功耗、電子部件的通斷電循環(huán)、規(guī)定的工作模式及工作周期、規(guī)定的輸入標(biāo)稱電壓及其最大允許偏差。5.3.2溫度應(yīng)力溫度應(yīng)力剖面應(yīng)統(tǒng)計(jì)性地反映電子部件在使用中經(jīng)歷的實(shí)際環(huán)境。確定溫度應(yīng)力時(shí)，至少應(yīng)考慮以下因素：a)工作溫度（范圍、溫度變化率和持續(xù)時(shí)間）；b)每一任務(wù)剖面中的溫度循環(huán)次數(shù)；c)散熱方式。5.3.3振動(dòng)應(yīng)力振動(dòng)應(yīng)力量值和剖面應(yīng)按電子部件的現(xiàn)場使用類別、電子部件的安裝位置和預(yù)期的使用情況確定。在確定實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力時(shí)，至少應(yīng)考慮以下因素：a)振動(dòng)類型；b)頻率范圍；c)振動(dòng)量值；d)施加振動(dòng)的方向和方式。6詳細(xì)要求6.1一般流程電子部件可靠性仿真試驗(yàn)實(shí)施的一般流程如圖1所示，包括以下工作項(xiàng)目：a)環(huán)境與工作條件確定開展故障機(jī)理分析，并根據(jù)GB/TXXXX.1中6.2節(jié)環(huán)境與工作條件的來源與確定準(zhǔn)則，確定電子部件可靠性仿真試驗(yàn)的環(huán)境與工作條件。b)數(shù)字模型建立數(shù)字模型建立，包括：1)CAD模型建模2)CFD模型建模3)FEA模型建模注：根據(jù)環(huán)境與工作條件選擇適用的可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型。c)應(yīng)力分析應(yīng)力分析，包括：1)溫度應(yīng)力分析2)振動(dòng)應(yīng)力分析注：根據(jù)環(huán)境與工作條件選擇適用的應(yīng)力分析。d)可靠性分析可靠性分析，包括：1)失效物理模型構(gòu)建2)應(yīng)力損傷分析3)累積損傷分析4GB/TXXXXX—XXXXe)可靠性評價(jià)可靠性評價(jià)，包括：1)故障分布擬合2)多故障點(diǎn)分布融合3)部件可靠性評價(jià)圖1電子部件可靠性仿真試驗(yàn)一般流程6.2環(huán)境與工作條件確定根據(jù)電子部件的現(xiàn)場使用和任務(wù)環(huán)境特征，確定電子部件可靠性仿真試驗(yàn)的應(yīng)力類型、試驗(yàn)剖面、應(yīng)力量值及其變化率等環(huán)境與工作條件（見5.3節(jié)）。6.3數(shù)字模型建立6.3.1數(shù)字模型組成電子部件可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型可由CAD模型、CFD模型、FEA模型等組成。6.3.2數(shù)字模型建立要求可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型建模時(shí)應(yīng)滿足以下要求:5GB/TXXXXX—XXXXa)CAD建模要準(zhǔn)確反映電子部件的幾何與材料信息，裝配關(guān)系等，模型應(yīng)包括電子部件整體組成部分、印刷電路板、元器件的幾何、材料、重量等信息；b)在不影響后續(xù)仿真分析的情況下，應(yīng)對可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型進(jìn)行簡化；c)在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，應(yīng)根據(jù)情況確定網(wǎng)格類型及網(wǎng)格疏密程度；d)可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型應(yīng)當(dāng)明確標(biāo)注版本號(hào)并提供更新說明。6.3.3CAD模型建模方法CAD模型反映的電子部件幾何特征，是建立CFD和FEA模型的原型和基礎(chǔ)。其建模方法具體要求如下：a)輸入信息輸入信息包括但不限于：1)裝配件：包括該裝配中各結(jié)構(gòu)的裝配關(guān)系、連接關(guān)系。2)結(jié)構(gòu)件：包括該結(jié)構(gòu)件的幾何形狀、尺寸及材料。3)電子模塊：包括整個(gè)電子模塊的所有組成部分。4)印刷電路板：包括印刷電路板的形狀、厚度和重量。5)元器件：包括元器件的外形尺寸和重量。b)幾何結(jié)構(gòu)幾何結(jié)構(gòu)信息包括但不限于：1)必須保證可靠性仿真試驗(yàn)數(shù)字模型幾何與結(jié)構(gòu)的完整；2)在不影響后續(xù)分析的情況下盡量簡化CAD模型：.印刷電路板：在保證印刷電路板的重量和面積相等的情況下，印刷電路板可簡化為單層結(jié)構(gòu)并簡化成單一材料。.元器件：在保證元器件的重量、體積相等的情況下，元器件可簡化為各部分材料均勻分布的實(shí)體，省略其管腳。在裝配在印刷電路板上時(shí)，元器件的中心位置、安裝角度以及位于印刷電路板的正反面應(yīng)與實(shí)際情況一致。.焊點(diǎn)：不需要建立焊點(diǎn)。.過通孔：不需要建立過通孔。.有連接件的連接方式：需要建立連接件的模型并正確地裝配在相應(yīng)位置，例如螺栓連接、鉚接等。.無連接件的連接方式：不需要在CAD模型中反應(yīng)這類連接關(guān)系，例如：焊接、膠接.其它情況：在有相關(guān)技術(shù)文件規(guī)定的簡化情況下按規(guī)定簡化，否則不做簡化處理。c)屬性設(shè)置需要逐一設(shè)置各組成零部件、元器件的材料牌號(hào)；6.3.4CFD模型建模方法其建模方法具體要求如下：a)輸入信息輸入信息包括但不限于：1)CAD模型；2)材料熱屬性；3)電子元器件功耗和其它熱源功率；6GB/TXXXXX—XXXX4)電子部件溫度控制條件。b)幾何結(jié)構(gòu)幾何結(jié)構(gòu)包括但不限于：1)通過接口程序?qū)隒AD模型，建立CFD模型的主體幾何結(jié)構(gòu)；2)通過手工修改和適當(dāng)?shù)睾喕c等效，完善CFD模型幾何結(jié)構(gòu)：.印刷電路板：在保證印刷電路板各向傳導(dǎo)性能相等的情況下，印刷電路板可等效為單層結(jié)構(gòu)并簡化成單一的各向異性材料。.元器件：在保證元器件的重量、體積相等的情況下，若計(jì)算精度要求不高可將元器件簡化為各部分材料均勻分布的實(shí)體，功耗在0.01W以下的器件可不建模。.有連接件的連接方式：需要建立連接件的模型并正確地裝配在相應(yīng)位置，螺栓連接、鉚接等幾何形狀可不建模。3)其它情況：參照CAD建模規(guī)則進(jìn)行簡化，否則不做簡化處理。c)網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分要求如下：1)應(yīng)保證關(guān)鍵器件或結(jié)構(gòu)、主要熱傳遞通路、窄的流體通道位置有足夠網(wǎng)格劃分；2)在各參數(shù)（如溫度、壓力、速度）變化不大的區(qū)域可以適當(dāng)使用比較粗的網(wǎng)格。d)屬性設(shè)置應(yīng)逐一設(shè)置電子部件和各組成零部件、元器件的屬性，包括：1)材料熱屬性；2)流體熱屬性；3)熱源參數(shù)；4)熱邊界條件。e)CFD模型的修正為了保證CFD模型的準(zhǔn)確性，建議進(jìn)一步利用熱測試手段對模型進(jìn)行修正。6.3.5FEA模型建模方法其建模方法具體要求如下：a)輸入信息輸入信息包括但不限于：1)CAD模型；2)材料力學(xué)屬性；3)電子部件溫度控制條件。b)幾何結(jié)構(gòu)幾何結(jié)構(gòu)包括但不限于：1)通過接口程序?qū)隒AD模型，建立FEA模型的主體幾何結(jié)構(gòu)；2)通過手工修改和適當(dāng)?shù)睾喕c等效，完善FEA模型幾何結(jié)構(gòu)：.元器件：在保證元器件的重量、體積相等的情況下，若計(jì)算精度要求不高可將元器件簡化為各部分材料均勻分布的實(shí)體，只需對質(zhì)量大于1g或在板上分布不均勻的器件建模。3)其它情況：參照CAD建模規(guī)則進(jìn)行簡化，否則不做簡化處理。c)網(wǎng)格劃分7GB/TXXXXX—XXXX網(wǎng)格劃分要求如下：1)劃分網(wǎng)格建議采用半自動(dòng)劃分方法；2)根據(jù)結(jié)構(gòu)布局決定網(wǎng)格疏密程度，而不能統(tǒng)一劃分；3)進(jìn)行振動(dòng)分析時(shí)網(wǎng)格應(yīng)比較均勻；4)外部載荷位置和節(jié)點(diǎn)位置應(yīng)重合防止載荷偏移造成影響；5)對于對稱結(jié)構(gòu)應(yīng)使網(wǎng)格對稱。d)屬性設(shè)置應(yīng)逐一設(shè)置電子部件和各組成零部件、元器件的屬性，包括：1)板殼厚度；2)截面特性；3)材料屬性；4)邊界條件。e)FEA模型的修正為了保證FEA模型的準(zhǔn)確性，建議進(jìn)一步利用測試手段對模型進(jìn)行修正。6.4應(yīng)力分析6.4.1溫度應(yīng)力分析6.4.1.1輸入信息輸入信息包括：a)CFD模型；b)電子部件壽命周期使用方法；c)電子部件壽命周期熱環(huán)境條件；d)電子部件散熱方式。6.4.1.2應(yīng)力分析實(shí)施溫度應(yīng)力分析實(shí)施要求如下：a)熱應(yīng)力分析，應(yīng)綜合考慮：1)環(huán)境條件對電子部件的影響；2)由電子部件自身元器件電流功耗產(chǎn)生的影響。b)分析中應(yīng)全面考慮熱交換的三種方式：傳導(dǎo)、對流和輻射；c)對電子部件進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析；d)分析電子部件在最高/最低工作溫度下的穩(wěn)態(tài)溫度分布情況。6.4.1.3結(jié)果輸出結(jié)果輸出為指定條件下的電子部件內(nèi)部溫度分布情況，包括板周溫度、器件溫度等。依據(jù)耐熱設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則、規(guī)范和應(yīng)用范圍，對電子部件的耐環(huán)境能力進(jìn)行評價(jià)，指出設(shè)計(jì)中的問題以及不能滿足要求的薄弱部位。6.4.2振動(dòng)應(yīng)力分析6.4.2.1輸入信息輸入信息包括：8GB/TXXXXX—XXXXa)FEA模型；b)電子部件壽命周期使用方法；c)電子部件壽命周期振動(dòng)環(huán)境條件；d)電子部件振動(dòng)控制條件。6.4.2.2應(yīng)力分析實(shí)施應(yīng)力分析實(shí)施要求如下：a)采用有限元數(shù)值分析方法進(jìn)行電子部件的振動(dòng)分析；b)應(yīng)按照電子部件模態(tài)分析－頻率響應(yīng)分析－隨機(jī)響應(yīng)分析的順序完成分析；c)對重要零部件還需要進(jìn)行局部的細(xì)化建模和分析；d)必須分析電子部件在最大振動(dòng)條件下的振動(dòng)響應(yīng)分布情況。6.4.2.3結(jié)果輸出結(jié)果輸出如下：a)電子部件模態(tài)；b)指定條件下的電子部件內(nèi)部隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)情況，包括一階響應(yīng)頻率、最大位移點(diǎn)和最大位移量級、最大響應(yīng)點(diǎn)的PSD譜；c)依據(jù)抗振動(dòng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則、規(guī)范和應(yīng)用范圍，對電子部件的抗振動(dòng)能力進(jìn)行評價(jià)，指出設(shè)計(jì)中的問題以及不能滿足要求的薄弱部位。6.5可靠性分析6.5.1輸入信息輸入信息包括：a)熱應(yīng)力施加結(jié)果；b)振動(dòng)應(yīng)力施加結(jié)果；c)CAD模型；d)電路板詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)和工藝參數(shù)，包括板層信息、過孔信息等；e)電子元器件詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)，包括元器件尺寸、封裝方式等；f)失效物理所需的物理、化學(xué)特性等其他參數(shù)；g)電子部件全壽命周期工作時(shí)間要求、應(yīng)力循環(huán)要求；h)電子部件的可靠性要求。6.5.2可靠性分析實(shí)施要求可靠性分析實(shí)施要求如下：a)應(yīng)全面分析電子部件各種可能的失效機(jī)理，對特殊失效機(jī)理需要確認(rèn)軟件中已集成該機(jī)理的失效物理模型。b)電子部件的局部應(yīng)力應(yīng)依據(jù)物理實(shí)測或應(yīng)力分析得到，應(yīng)符合失效物理模型的要求；9GB/TXXXXX—XXXXc)電路板和元器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)、材料參數(shù)、工藝參數(shù)、應(yīng)力量值等的隨機(jī)波動(dòng)參數(shù)的波動(dòng)范圍，可采用蒙特卡洛方法進(jìn)行參數(shù)離散和隨機(jī)抽樣計(jì)算；d)對參數(shù)離散性的蒙特卡洛仿真抽樣次數(shù)不得低于1000次。6.5.3