Ansys 行業應用方案連載（13） | 電子行業中的結構可靠性

電子產品所在的新基建產業在中國有很大的發展潛力，例如受眾極為廣泛的消費電子行業、國家重點投入的半導體行業、5G產業等。電子產品性能要求高（包括小型化、規?；?、集成化）、使用環境惡劣（受到溫度、振動、潮濕和粉塵等因素影響），這使得電子產品結構可靠性有很大挑戰，需要滿足功能可靠、滿足壽命需求等。 

自電子行業高速發展以來，Ansys仿真解決方案就在幫助電子行業用戶提高其產品結構可靠性，電子產品具有高附加值、產品迅速升級換代、生命周期短、變更頻繁、上市時間短等高要求。Ansys在電子行業深耕多年，成熟可靠的電子產品解決方案可以提高電子產品可靠性，減少產品設計優化迭代次數，從而減少物理樣機測試次數，大大縮短電子產品上市時間，幫助企業快速占領市場和提高品牌認可度。

目前Ansys行業應用方案將集中在芯片、封裝、PCB等半導體行業結構可靠性、5G行業結構可靠性、消費電子產品結構可靠性上。未來會隨著市場熱點和客戶需求進行調整，增加行業內容。電子產品熱應力分析、濕應力分析、振動分析、跌落碰撞分析、多物理場耦合、多學科融合是本次應用方案主要考慮的方向。

主要針對半導體、封裝、電子控制行業中芯片、封裝PCB結構受力變形分析

• 芯片、基板翹曲變形（聯合電磁-熱-力耦合）

• 基板結構顯式動力學可靠性（跌落碰撞）

• 封裝PCB結構制造工藝設計（FC工藝、熱壓焊接等）

• 封裝PCB結構熱力可靠性（溫循）

• 封裝PCB結構中焊球蠕變和壽命分析

• 封裝PCB結構濕度擴散和濕應力分析

• 封裝PCB的結構動力學可靠性（模態、隨機振動）

• 封裝結構顯式動力學可靠性（跌落碰撞）

主要針對手機、濾波器等整機產品結構可靠性

• 手機揚聲器性能優化（優化頻響曲線，減少雜音，優化音腔結構）

• 手機整機多點彎曲試驗

• 手機整機扭轉彎曲試驗

• 手機整機跌落測試

• 體聲波濾波器（BAW）可靠性

• 聲表面波濾波器（SAW）可靠性

Sherlock是唯一使用失效物理進行電子產品壽命和失效分析的產品，兼顧精度和效率，在電子行業失效分析中有很強競爭力

• Sherlock分析封裝PCB諧響應、隨機振動壽命和失效概率

• Sherlock分析封裝PCB瞬態沖擊壽命和失效概率

• Sherlock分析封裝PCB溫循壽命和失效概率

• Sherlock分析封裝PCB中焊球壽命和失效概率

• Sherlock電路板插拔和彎曲測試

• Sherlock對芯片損耗壽命和失效分析（介質擊穿、BTI、熱載流子注入、電遷移）

• Sherlock結合Workbench進行系統電子產品壽命和失效分析（諧響應、隨機振動、瞬態沖擊、熱力、焊球失效等工況）

時下先進的2.5D/3D IC封裝技術，包括通過硅通孔（TSV）、管芯和晶片堆疊、系統封裝SiP等，將成為5G芯片封裝設計的主流選擇。短互連路徑由于提高了I/O速度，堆疊芯片之間的TSV可實現更高的性能。隨著芯片的功率提高，尺寸緊湊，分析結構可靠性需要考慮芯片發熱、封裝發熱等條件。此類分析通常會使用芯片分析工具Ansys Redhawk，電子熱分析工具Ansys Icepak進行芯片與封裝熱分析，而結構分析工具Ansys Mechanical可使用以上工具的熱分析結果，再進行結構分析，這些工具組合構成了業界流程最完整、功能最強大的結構分析方案。

電子產品結構失效性分析需要分析得到產品使用壽命和失效概率分布，最常用的是失效物理（POF）法，而僅憑有限元分析是不夠的，但這恰是Ansys Sherlock所擅長的。Sherlock具有豐富的器件、材料庫和測試數據，而Mechanical具有魯棒性最好的結構有限元求解器，兩者強強結合，Sherlock可以利用Mechanical分析得到的有限元數據，從自身豐富數據庫中，快速準確、簡單方便得到電子產品結構失效數據。

Ansys旗下的芯片、電磁、熱、結構、失效性分析等眾多工具，可實現多物理場耦合、多學科融合，構成了業界最全面的電子產品可靠性解決方案。此方案兼具精度和效率，可為不同層次和水平的用戶提供幫助；同時，Ansys還具有電子產品失效分析咨詢服務能力（提供電子產品測試和失效測試方案，由原DFR公司提供）。電子行業企業使用Ansys電子產品可靠性方案，可以提高電子產品可靠性，減少產品設計優化迭代次數，從而減少物理樣機測試次數，大大縮短電子產品上市時間，降低研發成本，幫助企業快速占領市場和提高品牌認可度。

Ansys Sherlock：唯一一款基于失效物理的電子產品失效分析仿真軟件

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