电子可靠性 | 为实施SAE J3168标准而开展的可靠性物理分析

可靠性物理分析是对失效物理(PoF)模型的科学原理和方法的工程应用，SAE J3168标准为其建立了标准化方法，由SAE汽车电子系统可靠性标准委员会与SAE航空电子工艺管理委员会联合制定，是目前首套也是唯一专门针对航空航天、汽车、国防和其他高性能 (AADHP)行业制定的可靠性物理分析 (RPA)标准。

可靠性物理分析不仅需要强大的计算能力和计算技能，还需要准确的基于失效物理（PoF）的、随着电子组件技术的快速发展而需要不断更新的失效机制模型和数据，使用软件是成功开展可靠性物理分析所需的一种实践方法。

SAE J3168标准的发布是几十年来的一个重要里程碑，标志着在AADHP行业，电子设备向着基于科学的设计以及可靠性和安全性分析过渡。奠定PoF和RPA基础的科学原理已经问世了一百多年，但直到约三十年前，它们才开始在AADHP行业里得到广泛应用。而在此之前，AADHP行业普遍采用基于统计数据的手册方法。

大约在1990年，得益于对准确失效机制模型与先进计算机辅助计算和数据分析方法的研究，PoF和RPA的发展突飞猛进。随着RPA的普及，其开展方式及其结果的报告和应用方式也存在着诸多不同。因此，信息不一致、方法性分歧，以及结果误读等问题的风险也在提高，所以有必要在用户间建立共识。特别是对AADHP行业的用户而言，有必要建立共识，确立“标准”方法，以便将RPA应用到EEE设备、模块和组件上，而SAE J3168制定了满足这一需求的标准。

尽管RPA兼具技术和商业上的各种优势，但由于缺乏将其结果应用于实际AADHP项目的标准方法，无法得到顺利实施。

SAE J3168标准于2020年发布，旨在为AADHP行业使用的EEE系统、设备、模块和装配体确立部署RPA的标准化方法。在AADHP行业中，失效的后果通常十分严重，而且在使用寿命期间，设备始终在严苛的环境条件下运行，时间远长于计算机、电信等其他电子设备。此外，在设备投入使用之前，通常需要提供证据，确保其系统能长期可靠地运行。

面向EEE系统设计、可靠性分析和安全性分析的软件工具多不胜数，但具有在AADHP系统、设备、模块和装配体上实施RPA所需全部关键特性的软件却屈指可数。其必备的特性如下：

基于科学。RPA软件的一项必备特性是基于经过验证且被广泛接受的科学原理和理论；

基于数据。集成到有效RPA软件中的模型、模型参数和加速因子应基于相关测试、实地（工作中）运行、组件制造商及/或综合性文献搜索中获得的相关可信数据；

应用针对性。应在具体应用中针对具体设计和材料开展有效的RPA分析；

定期更新。众所周知，电子技术迅速发展，相关数据和分析方法经常会过时，且过时速度很快。因此有必要根据从实验和/或实地（工作中）性能取得的最新相关数据，定期更新RPA软件的方法、模型和模型参数；

易于使用。即使最基础的RPA分析在技术上也相当复杂，但对于相关系统的设计、支持与维护人员而言，开展RPA分析的效率最高。

Ansys Sherlock在面向电子RPA的仿真领域处于业界领先地位。Sherlock与现有工作流程无缝集成，而且当部署在整个设计流程（如功能模块研发、部件布局、最终布局）时能实现最大价值。

凭借丰富的部件/材料库，Sherlock可以自动导入行业标准的ECAD/EDA文件，然后通过使用嵌入式部件、封装和电子物料库，可在几分钟内创建任何电路板装配体的FEA模型。随后，Sherlock可以通过有效的闭合方程及3D有限元仿真，在组件级、电路板级和系统级对基于RPA的预测进行计算。

Ansys Sherlock主要用于电子RPA，可供各类工程师使用，有利于普及鲁棒性设计流程。

随着汽车行业努力加快整合可靠性较低的商用器件，并满足自动驾驶对更长工作周期的要求，焊球疲劳成为汽车行业日益关注的问题。Sherlock可通过其独特的几何结构与局部环境捕获能力，结合经过验证的RPA算法对焊球疲劳失效率进行极为准确的预测计算。

工程师还需要捕获由功耗造成的局部温升。假定全板温度一致是RPA计算的通病之一，但实际情况并非如此，尤其是对于受功率-温度-循环(PTC)影响的计算引擎和电源逆变器而言。由于Sherlock能与Ansys Icepak进行双向信息交换，它可以无缝地将各种温度差异考虑在内，从而将焊球疲劳的所有重要参数纳入到RPA活动中，给最终客户带来极大的信心。

Sherlock软件功能丰富，且便于设计、可靠性和安全工程师使用，因此其能够快速应用于AADHP行业中的各个企业。在实施SAE J3168标准时，工程师很容易理解和解决技术方面的难题，软件用户企业的管理层则需要确保全面理解并充分利用J3168标准带来的优势。这就需要企业采取以下全部或部分举措：

• 确保所有相关技术人员了解RPA的基本原理

• 确保从RPA中受益的各部门了解RPA，并将其作为沟通工具进行应用

• 确保RPA软件保持最新版本并妥善管理，最大限度地为企业带来效益