Ansys Sherlock

概述

Ansys Sherlock 自动化设计分析软件是一款基于可靠性物理/失效物理 (PoF) 商业的电子可靠性设计分析软件，在早期设计阶段为组件、主板和系统级的电子硬件提供快速、准确的寿命预测。大约 73% 的产品开发成本都耗费在测试-失败-修复-重复这一周期上。Sherlock 使设计人员能够准确地对硅金属层、半导体封装、印刷电路板 (PCB) 和组件进行建模，以预测由于热、机械和制造条件导致的焊料疲劳失效，从而加速这一过程。这有助于消除测试失败和设计缺陷，加快产品鉴定速度，并推出突破性技术。

功能

利用失效物理

失效物理 (PoF) 或可靠性物理利用退化算法描述物理、化学、机械、热或电气机构是如何随着时间推移发生衰退，并最终引起失效。该专用术语的出现是为了更好地预测早期电子部件和系统的可靠性；而且，PoF 概念在许多结构领域都很常见。

利用 PoF 和可靠性物理，Sherlock 可以准确预测新一代组件的失效行为，组件包括：

·   硅晶体管

·   丝焊

·   焊接凸块

·   晶圆连接

·   发光二极管

·   电解电容器

·   电镀穿孔

·   焊接接头

加速设计分析

电气和机械工程师可以从项目开始时就联合采用 Sherlock 进行可靠性设计。设计团队利用 Sherlock 将设计规则、最佳实践和失效物理 (PoF) 方法集成为一体，包括：

·   用于早期分析的电子组件 3D 模型

·   轨迹建模

·   用于确定关键组件和预测失效时间的有限元仿真后处理

·   以前无法实现的可靠性预测

Sherlock 还可以加速传统可靠性度量设计，包括：

·   平均失效间隔时间 (MTBF)

·   设计失效模式与影响分析 (DFMEA)

·   热衰减

·   PCB 建模与仿真：

• 堆叠：Sherlock 可识别所选材料整体属性有助于在玻璃和纤维中做出准确选择。

• 高保真 PCB：Sherlock 可识别 PCB 基板材料内的铜丝网特性，以确定潜在风险。

• PCB 网格划分：Sherlock 可识别相同（整个）模型的均匀力学性能，以及分层模型中每一层的力学性能。

• 导线建模：Sherlock 可通过增加穿孔导线选择组件，还可查看 PCB 的 3D 虚拟结构。

·   PCB 建模与仿真：

• 自动导入 ECAD 数据、生成 3D 模型并将属性分配给 3D 模型

• 将多种环境影响同时施加于特定参数测试

• 自动调整材料、堆叠和生命周期事件（热、冲击和振动）

• 利用经验证的模型对所有部件进行预测可靠性的 FEA 计算分析

• 几乎实时生成的自定义报告（每个 PCB 可达 100 页以上），以及数据集和图像导出功能

Sherlock 可以实现流程自动化，减少所需的资源，并更快地提供结果。几分钟内即可完成设计返工，根本无需几周或几月时间。

降低制造风险

为了最大化利用可制造性设计 (DfM) 和可靠性设计 (DfR) 降低风险，Sherlock 将评估一些关键组件，包括：

·   焊接接头可靠性，以保证产品在给定条件下，规定的运行时间内，不会超过规定的失效级别

·   电镀穿孔疲劳，利用计算机建模和温度分布图代替人工界面，以获取准确的有限元测试结果

·   在冲击和振动测试期间进行应变测量，收集数据，最后预测失效概率、失效根本原因和失效事件

·   进行材料选择，使所选塑料属性能满足设计和功能要求

·   执行供应商分析，然后与始终提供不间断的高质量产品和服务的供应商建立合作关系

·   进行装配后处理操作评估，以确定生产后需要提高效率的领域

·   半导体损耗，允许制造商使用 SAE ARP 6338 方法评估和预测 IC 失效

加快测试

Sherlock 可以减少所需的物理测试次数，提升原型在第一轮中通过合格认证测试的可能性。工程师可将可靠性设计融入电子产品，这样，他们就可以：

·   构建和测试虚拟产品

·   几乎实时修改设计

·   快速计算机械仿真

·   确定测试机会

·   评估设计方案

·   获取项目特定洞见

·   使可靠性目标达到标准和要求

将 Sherlock 作为您的测试计划的一部分，可以显著减少每项合格认证测试中多次迭代所需的时间和成本，包括：

温度循环
Sherlock 没有在传统方法的参数范围内将温度循环进行应用和工作，而是设计电路板时进行应用。确定失效组件及失效次数和类型，从而能在流程早期阶段更快地（通常成本也更低）进行修复。

电镀穿孔疲劳
在检测影响 PCB 功能的一些因素时，Sherlock 并不使用人工界面，而是基于来自焊接疲劳输入的温度分布图进行计算机建模，并利用板堆叠计算管体应力，以获取有限测试结果并设计补救措施。

振动和冲击
传统的振动和冲击测试概率方法无法准确推测出实际失效事件。Sherlock 可计算机械冲击和振动测试过程中的主板应力，然后利用数据预测失效概率，确定失效根本原因和相应的失效事件。

导电阳极丝 (CAF)
Sherlock 可直接从计算机钻孔文件收集钻孔位置和直径数据，然后根据钻孔大小过滤数据，并对一对孔之间的“损伤区”进行精准识别，以便进行集中分析。CAF 自动化认证方法可减少失效次数，确保在整个制造过程中的产品可靠性。

高加速寿命测试 (HALT) 和高加速应力筛选 (HASS)
HALT 和 HASS 是电子行业出色的设计验证工具。HALT 可提供关于设计裕度和缺陷的洞见；HASS 是针对失效运行组合的温度循环/振动 HALT 工具以及减少 95% 的持续时间的目标而开发。这样应该能确保只有 5% 的寿命损耗在 HASS 上；而且，它有助于通过 Sherlock 失效物理仿真确认此损耗。Sherlock 还能帮助测试/验证工程师改变 HASS 不同视角的剖面图，了解它们对所损耗寿命的影响。