产品故障物理/失效物理分析与仿真、健康预测分析

 

目的

        由于传统的基于数理统计的可靠性预计方法存在数据更新滞后、针对性差、统计模型有争议以及预计结果不够准确等方面问题，一种新型的基于失效机理、失效模式和失效应力的根本原因分析的可靠性评估技术被提出，这就是失效物理分析方法，该方法已经被证明对预防、检测和校正与产品设计、制造、运行相关的失效是非常有效的。实际上失效物理一词最早于上世纪50年代被提出，并于1962年举办了第一届失效物理研讨会，此后每年定期举办并延续至今，因此严格意义上，失效物理分析方法其实并不那么“新”。

        失效物理是由基本的机械、电子、热和化学过程决定的，通过了解可能发生的失效机理，可以发现新兴或现有技术中潜在的问题，并在问题发生前解决它们。要确定失效机理首先需要明确产品的温度、湿度、振动、冲击和其它可能的应力条件，接下来结合现有的有关所选物料和结构对应力的响应知识，进行应力分析，从而确定可能的失效位置，失效模式和失效机理，一旦明确了潜在失效机理，就可以使用特定的失效机理模型对产品进行可靠性评估，评估包括计算每种潜在失效机理的失效时间，然后选定最早发生的失效机理的失效时间来判断产品是否可以达到预期的使用寿命。还可以针对主要失效机理进行改进设计，增强产品耐用性，目前对于元器件级和板级失效物理分析，马里兰大学的CALCE电子产品与系统中心已经开发出了计算机软件，但其评估准确性还有待进一步验证。

         失效物理方法研究的核心就是失效机理，按失效的发生特点，失效机理又可以分为耗损失效和过应力失效。耗损失效是指对器件或材料的损伤累积超过了其忍受极限而导致器件发生失效，耗损失效引起的设备失效可以通过可靠性预计预测其寿命。过应力失效是指由于应力大于器件的强度，也就是说器件承受的应力在某一时刻超过其忍受的极限而导致产品发生失效。另外，按照引起器件失效的应力类型，失效机理又可以细分为机械、电子、热、化学和辐射等类型

        1、失效物理分析有助于改善系统或装备的可靠性、维修性与安全性。失效物理分析得到的寿命与应力关系可以用于可靠性和安全性设计，失效征候的事前预测方法，不仅可以用于寿命试验的规划设计与评估，也可以用于建立预防保养或者保修制度策略的建立。

        2、失效物理分析结果有助于FMECA或者FTA工作的开展。可以作为FMECA和FTA的输入。可以协助分析零件、材料组合层次的失效模式与系统层面的失效关联关系。

        3、失效物理分析可以为系统层面的可靠性分析奠定基础，并可以说明系统微观的失效与宏观失效的关系，采用失效物理模型，诸如艾林模型、阿伦尼斯模型、逆幂率模型等，这些模型可以较好应用于电子、电气、机械系统的失效物理分析。在检验、验证系统可靠性时，可以利用失效分布即参数的统计方法，结合可靠性数据背后的失效物理现象于失效统计分布的分析结果，获得更多的有用的可靠性信息。例如，从威布尔分布的参数值可以分布是否有早期失效，可以分析失效的原因或者检查加速寿命试验的适用范围，也可以研究加速试验结果与现场寿命数据的关系。

目标

        针对具体的产品特点，分析故障机理、故障模式，通过试验或者统计手段，找出影响系统可靠性的主要、关键故障模式，并建立期故障物理模型（故障物理仿真模型，包括PCB板、材料、热、振动模型），基于故障物理模型进行可靠性分析、寿命预测。

价值

        （1）建立产品微观的失效物理模型、分析失效规律，建立产品宏观可靠性与微观故障物理关系，更好地指导产品设计。

        （2）基于故障物理模型，进行产品可靠性预计、加速寿命、加速退化试验设计。实现产品可靠性增长，并分析与验证产品的可靠性。

        （3）为实时诊断、监测产品的可靠性，实现产品健康管理提供支持。

产品故障物理/失效物理分析与仿真、健康预测分析服务内容

        （1）帮助企业、单位分析产品的特点，基于故障物理模型，进行产品可靠性预计、加速寿命、加速退化试验设计。

        （2）提供故障物理仿真分析技术培训以及软件工具。

工程案例、效果

        建立某产品的失效物理模型，包括PCB模型、材料模型、热模型和震动模型，进行可靠性预计、寿命预测

故障物理仿真分析平台

        广州qy球友会研发的失效物理仿真与寿命预测软件由：

        （1）产品建模、

        （2）热仿真分析、

        （3）振动仿真分析、

        （4）失效分析、

        （5）寿命剖面 以及基础数据库组成。

        可模拟板、元器件在温度、振动等应力下的故障情况以及寿命预测。支持热仿真分析功能，可输出上表面温度、下表面温度、叠层温度等温度分布图，可输出PCB表面温度、壳温、结温等元器件温度图。支持振动仿真分析功能，支持随机振动、机械谐振、机械冲击等类型的振动仿真分析，支持功率谱PSD曲线设置功能，支持约束建模功能。可输出位移分布图、振型分析结果、元器件位移图等仿真分析结果。可根据电子产品的使用环境，计算不同失效模式的故障时间，可预测整个产品的寿命时间、首次故障时间等参数。提供丰富的电子产品失效机理模型库，并可定制失效机理模型。更多关于失效物理仿真与寿命预测软件信息。

        如果您有失效物理（故障物理）服务需求或了解电子产品失效物理仿真需求，请qy球友会客服，我们竭诚为您服务。