元件應(yīng)力分析法是用于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的一種預(yù)計(jì)方法。 在這個(gè)階段，所使用的元件規(guī)格、 數(shù)量、 工作應(yīng)力和環(huán)境、 質(zhì)量系數(shù)等應(yīng)該是已知的，或者根據(jù)硬件定義可以確定的， 當(dāng)使用相同元件時(shí)，對它們的失效率因子所做的假設(shè)應(yīng)該是相同的和正確的。 在實(shí)際或模擬使用條件下進(jìn)行魯棒性測量之前，元件應(yīng)力分析法是最精確的可靠性預(yù)計(jì)方法。

注：本文節(jié)選自《汽車電子設(shè)計(jì)：魯棒性設(shè)計(jì)》，由機(jī)械工業(yè)出版社出版

本書特別適合汽車電子工程師、可靠性專家、零部件供應(yīng)商技術(shù)團(tuán)隊(duì)及高校師生使用。無論是新能源三電系統(tǒng)開發(fā)、智能駕駛域控制器設(shè)計(jì)，還是車規(guī)芯片選型，都能從中獲得直接可用的技術(shù)工具——如繼電器觸點(diǎn)匹配表、HALT測試方案模板、參數(shù)趨勢灰色預(yù)測模型等。隨書附贈(zèng)《汽車電子失效模式速查手冊》電子版，大幅提升工程問題排查效率。

《汽車電子設(shè)計(jì)：魯棒性設(shè)計(jì)》目錄

第1章　失效物理場分析 1

1.1　概述 2

1.1.1　失效物理場的定義和基本原理 2

1.1.2　失效物理場與電子組件魯棒性的關(guān)系 3

1.1.3　失效物理場的分類和常見類型 4

1.1.4　失效的影響 5

1.1.5　失效物理場分析的重要性 6

1.1.6　失效物理場分析的收益 7

1.2　失效物理場的測試方法和技術(shù) 8

1.2.1　加速測試與魯棒性測試 8

1.2.2　失效物理場的模擬與建模技術(shù) 9

1.2.3　監(jiān)測與分析失效物理場的工具和技術(shù) 10

1.2.4　失效物理場的分析方法和流程 10

1.3　電子組件失效的物理機(jī)制 11

1.3.1　電學(xué)失效 12

1.3.2　熱學(xué)失效 13

1.3.3　機(jī)械失效 14

1.3.4　化學(xué)失效 15

1.4　電子元件失效的環(huán)境相關(guān)性分析 18

1.4.1　溫度環(huán)境 19

1.4.2　濕度 19

1.4.3　氧化和氧環(huán)境 21

1.4.4　輻射和電磁干擾 22

1.4.5　振動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力 22

1.5　失效物理場的模型與預(yù)測 23

1.5.1　失效物理場的建模 23

1.5.2　失效物理場庫 24

1.5.3　失效物理場的預(yù)測 24

1.5.4　魯棒性評估與設(shè)計(jì)優(yōu)化 25

1.6　失效物理場的應(yīng)用和控制策略 26

1.6.1　應(yīng)用領(lǐng)域 26

1.6.2　控制策略 27

1.7　失效物理場研究的應(yīng)用 28

1.7.1　失效物理場研究在電子組件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 28

1.7.2　失效物理場研究在魯棒性評估與改進(jìn)中的應(yīng)用 29

1.7.3　失效物理場研究在電子制造與維修中的應(yīng)用 30

1.7.4　失效物理場的控制策略與工程實(shí)踐 31

1.8　失效物理場分析示例 32

1.8.1　電阻器失效 33

1.8.2　失效模式占失效總比例表 34

1.8.3　失效模式機(jī)理分析 35

1.9　PCB 電子組件故障 40

1.9.1　PCB 電子組件故障的6 種類型 40

1.9.2　電子組件故障的分析 41

1.10　常見的電子組件故障 41

1.10.1　機(jī)械故障 42

1.10.2　熱故障 47

1.10.3　環(huán)境故障 47

1.10.4　電應(yīng)力故障 48

1.10.5　封裝故障 52

1.10.6　老化故障 52

1.11　確定元件故障的方法 53

1.11.1　可焊性測試 54

1.11.2　污染測試 55

1.11.3　微切片測試 56

1.11.4　自動(dòng)X射線檢測(AXI) 57

1.11.5　表面成像方法 58

第2 章　元件選型 60

2.1　元件選型過程 60

2.2　元件選型過程不佳的潛在問題 61

2.2.1　成本風(fēng)險(xiǎn) 62

2.2.2　可用性風(fēng)險(xiǎn) 62

2.2.3　不兼容風(fēng)險(xiǎn) 63

2.2.4　未知失效風(fēng)險(xiǎn) 63

2.3　元件選型對魯棒性的影響 64

2.4　新元件會為可靠的產(chǎn)品性能帶來一系列風(fēng)險(xiǎn) 66

2.5　元件選型方法 67

2.6　電阻器選型 67

2.6.1　電阻器選型考慮因素 68

2.6.2　電阻器選型步驟 70

2.6.3　電阻器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 70

2.7　電容器選型 73

2.7.1　電容器選型考慮因素 74

2.7.2　電容器選型步驟 75

2.7.3　電容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 76

2.8　變壓器和電感器選型 77

2.8.1　電感器選型 79

2.8.2　變壓器選型 80

2.8.3　電感器和變壓器選型步驟 81

2.9　繼電器設(shè)計(jì) 82

2.9.1　繼電器的技術(shù)參數(shù)和選型考慮因素 82

2.9.2　繼電器的選型步驟 83

2.9.3　繼電器的選型準(zhǔn)則 83

2.9.4　繼電器使用檢查清單 84

2.9.5　繼電器的設(shè)計(jì)方法 86

2.10　開關(guān)設(shè)計(jì) 89

2.10.1　開關(guān)的選型考慮因素 90

2.10.2　開關(guān)的選型步驟 93

2.10.3　開關(guān)的選型準(zhǔn)則 93

2.11　晶體和振蕩器設(shè)計(jì) 94

2.11.1　晶體和振蕩器的選型考慮因素 95

2.11.2　晶體和振蕩器的選型步驟 95

2.11.3　晶體和振蕩器的選型準(zhǔn)則 96

2.12　光隔離器設(shè)計(jì) 96

2.12.1　光隔離器的選型考慮因素 97

2.12.2　光隔離器的選型步驟 98

2.12.3　光隔離器的選型準(zhǔn)則 98

2.13　斷路器和熔斷器設(shè)計(jì) 99

2.13.1　斷路器和熔斷器的選型考慮因素 99

2.13.2　斷路器和熔斷器的選型步驟 100

2.13.3　斷路器和熔斷器的選型準(zhǔn)則 101

2.14　插接器設(shè)計(jì) 102

2.14.1　插接器的選型考慮因素 102

2.14.2　插接器的選型步驟 103

2.14.3　插接器的選型準(zhǔn)則 104

2.15　二極管設(shè)計(jì) 104

2.15.1　二極管的選型考慮因素 105

2.15.2　二極管的選型步驟 105

2.15.3　二極管的選型準(zhǔn)則 106

2.16　晶體管設(shè)計(jì) 108

2.16.1　晶體管的選型考慮因素 109

2.16.2　晶體管的選型步驟 110

2.16.3　晶體管的選型準(zhǔn)則 111

2.17　單片微電路和混合微電路設(shè)計(jì) 112

2.17.1　單片微電路和混合微電路的選型考慮因素 112

2.17.2　單片微電路和混合微電路的選型步驟 113

2.17.3　單片微電路和混合微電路的選型準(zhǔn)則 113

第3 章　應(yīng)力分析 116

3.1　應(yīng)力與強(qiáng)度概念 117

3.1.1　PSA 的定義和概述 118

3.1.2　PSA 的方法和步驟 119

3.1.3　PSA 的關(guān)鍵參數(shù)和指標(biāo) 119

3.1.4　理想的應(yīng)力與強(qiáng)度關(guān)系 119

3.1.5　實(shí)際的應(yīng)力與強(qiáng)度關(guān)系 120

3.1.6　應(yīng)力曲線和強(qiáng)度曲線分析方法 121

3.1.7　時(shí)間的影響 122

3.1.8　PSA 流程 123

3.2　應(yīng)力與強(qiáng)度分析 124

3.2.1　應(yīng)力與強(qiáng)度正態(tài)假設(shè) 124

3.2.2　符號 125

3.2.3　三種情況 125

3.2.4　兩個(gè)正態(tài)分布 128

3.2.5　計(jì)算示例 129

3.3　應(yīng)力類型 130

3.3.1　機(jī)械應(yīng)力分析 130

3.3.2　熱應(yīng)力分析 131

3.3.3　電應(yīng)力分析 132

3.3.4　化學(xué)應(yīng)力分析 134

3.3.5　環(huán)境應(yīng)力分析 134

3.4　環(huán)境和使用因素 135

3.4.1　使用因素的類型 137

3.4.2　產(chǎn)品的任務(wù)剖面 138

3.4.3　應(yīng)力與故障機(jī)制的關(guān)聯(lián) 141

3.5　應(yīng)力和使用因素的表征 142

3.5.1　列表 143

3.5.2　表征 143

3.5.3　注意事項(xiàng) 144

3.6　應(yīng)力比 145

3.6.1　質(zhì)量信息 146

3.6.2　應(yīng)力比 147

3.6.3　示例 147

3.6.4　不同的應(yīng)力類型導(dǎo)致的失效 148

3.7　應(yīng)力分析的應(yīng)用 149

3.7.1　應(yīng)力分析在元件選型和評估中的應(yīng)用 149

3.7.2　應(yīng)力分析在電路板布局和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 149

3.7.3　應(yīng)力分析在封裝和連接技術(shù)中的應(yīng)用 150

3.8　PSA 與魯棒性設(shè)計(jì)的關(guān)系 152

3.8.1　PSA 在魯棒性設(shè)計(jì)中的作用與意義 152

3.8.2　PSA 與魯棒性評估方法的結(jié)合 152

3.8.3　PSA 與故障分析和預(yù)測的關(guān)聯(lián) 152

3.9　實(shí)例研究與案例分析 152

3.9.1　電阻器的應(yīng)力分析示例 152

3.9.2　電容器的應(yīng)力分析示例 153

3.9.3　晶體管的應(yīng)力分析示例 154

3.10　PSA 工具與技術(shù) 154

3.10.1　應(yīng)力測試與分析設(shè)備 154

3.10.2　應(yīng)力仿真與模擬軟件 154

3.10.3　應(yīng)力測量方法與技術(shù) 155

第4 章　參數(shù)趨勢分析 156

4.1　概述 156

4.1.1　參數(shù)趨勢分析的定義 157

4.1.2　參數(shù)趨勢分析的作用 158

4.1.3　PTA 和WCCA 的比較 158

4.2　開發(fā)元件特性數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵步驟 159

4.2.1　參考數(shù)據(jù)庫來源 160

4.2.2　元件參數(shù)趨勢分析 160

4.2.3　元件參數(shù)趨勢量化 161

4.3　參數(shù)趨勢分析過程 162

4.3.1　確定分析方法 163

4.3.2　獲取數(shù)據(jù) 163

4.3.3　分析計(jì)劃 164

4.3.4　執(zhí)行參數(shù)分析 165

4.3.5　記錄結(jié)果 165

4.4　參數(shù)趨勢分析方法 166

4.5　電容最小值和最大值的計(jì)算 167

4.6　元件參數(shù)可變性 167

4.7　數(shù)值方法 170

4.8　電子元件參數(shù)變化趨勢分析的應(yīng)用案例 171

4.8.1　電阻元件參數(shù)變化趨勢分析 171

4.8.2　電容元件參數(shù)變化趨勢分析 171

4.8.3　晶體管元件參數(shù)變化趨勢分析 173

4.8.4　LDO 元件的參數(shù)變化趨勢分析 177

第5 章　降額設(shè)計(jì) 179

5.1　定義 180

5.1.1　降額 181

5.1.2　降額方法 182

5.1.3　術(shù)語 183

5.1.4　最大推薦工作條件 184

5.1.5　絕對最大額定值 184

5.2　計(jì)算條件 185

5.2.1　最壞情況的預(yù)期條件 186

5.2.2　溫度降額系數(shù) 187

5.3　降額等級的劃分 188

5.3.1?、窦壗殿~ 189

5.3.2　Ⅱ級降額 191

5.3.3?、蠹壗殿~ 193

5.4　降額規(guī)則 195

5.4.1　電阻降額規(guī)則 195

5.4.2　電容降額規(guī)則 196

5.4.3　電感與變壓器降額規(guī)則 198

5.4.4　晶體管降額規(guī)則 199

5.4.5　二極管降額規(guī)則 200

5.4.6　集成芯片降額規(guī)則 201

5.4.7　光電元件降額規(guī)則 203

5.4.8　開關(guān)降額規(guī)則 203

5.4.9　繼電器降額規(guī)則 204

5.4.10　插接器降額規(guī)則 206

5.4.11　PCB 降額規(guī)則 206

5.4.12　振蕩器和諧振器降額規(guī)則 207

5.4.13　電位器降額規(guī)則 208

5.4.14　光學(xué)元件降額規(guī)則 209

5.4.15　導(dǎo)線與電纜降額規(guī)則 210

5.4.16　電機(jī)降額規(guī)則 211

5.4.17　燈泡降額規(guī)則 211

5.4.18　斷路器和熔斷器降額規(guī)則 213

5.4.19　微波管降額規(guī)則 214

5.5　降額參考資源 215

5.6　降額過程 216

5.7　降額使用方法 217

5.8　降額和魯棒性 218

5.9　考慮降額指南的不同方式 219

5.9.1　供應(yīng)商降額指南 220

5.9.2　行業(yè)降額指南 220

5.9.3　過降額或欠降額的影響 221

5.9.4　電壓與失效時(shí)間的關(guān)系 221

5.9.5　另一種繪制降額信息的方法 222

5.10　總結(jié) 224

第6 章　最壞情況電路分析 225

6.1　概述 225

6.1.1　最壞情況電路分析的目的 226

6.1.2　最壞情況電路分析的時(shí)機(jī) 227

6.1.3　最壞情況電路分析的程度 227

6.1.4　誰應(yīng)該進(jìn)行最壞情況電路分析/評審 228

6.1.5　利用最壞情況電路分析進(jìn)行故障分析 228

6.1.6　最壞情況電路分析的降本增效 229

6.1.7　最壞情況電路分析的成本和進(jìn)度安排 230

6.1.8　常發(fā)問題位置及因素 230

6.1.9　電氣測試方法和限制 231

6.1.10　進(jìn)行最壞情況電路分析的能力要求 232

6.2　WCCA 方法論 233

6.2.1　分析方法 233

6.2.2　靈敏度分析 234

6.2.3　參數(shù)EVA、RSS、MCA 分析 235

6.2.4　方法和模板 235

6.2.5　公差數(shù)據(jù)庫設(shè)置 236

6.2.6　確定關(guān)鍵參數(shù) 237

6.2.7　處理定義不明確的公差 237

6.2.8　RSS 計(jì)算和應(yīng)用 238

6.2.9　WCCA 示例: 三端穩(wěn)壓器 239

6.2.10　關(guān)聯(lián)硬件WCCA 結(jié)果 243

6.3　最壞情況電路分析的對象與范圍 244

6.3.1　最壞情況電路分析的對象 244

6.3.2　最壞情況電路分析的范圍 244

6.3.3　最壞情況電路分析的層級 245

6.4　最壞情況電路分析的設(shè)計(jì)流程 246

6.4.1　最壞情況電路分析準(zhǔn)備工作 246

6.4.2　關(guān)鍵電路識別工具 248

6.4.3　確定待分析電路 249

6.4.4　明確電路設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 249

6.4.5　電路分割 250

6.4.6　最壞情況電路分析的作用 250

6.4.7　分析結(jié)果判別 251

6.5　WCCA 分析方法比較 251

6.6　最壞情況電路分析的前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作 252

6.7　建立分析模型 253

6.8　出具最壞情況電路分析報(bào)告 254

3.3 應(yīng)力類型

3.3.1 機(jī)械應(yīng)力分析

機(jī)械應(yīng)力分析是針對材料或結(jié)構(gòu)在機(jī)械負(fù)荷下受到的應(yīng)力進(jìn)行的一種分析。其目的是確定材料或結(jié)構(gòu)在不同負(fù)荷條件下的應(yīng)力分布和變化情況，以評估其可靠性和耐久性。

在機(jī)械應(yīng)力分析中，主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

彎曲應(yīng)力分析：當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到彎曲負(fù)荷時(shí)，會在其表面和內(nèi)部產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。彎曲應(yīng)力的分布和變化情況對材料或結(jié)構(gòu)的彎曲強(qiáng)度和剛度有重要影響。 通過模擬彎曲負(fù)荷對材料或結(jié)構(gòu)的影響， 可以確定彎曲應(yīng)力的分布情況。

拉伸和壓縮應(yīng)力分析：材料或結(jié)構(gòu)在受到拉伸或壓縮負(fù)荷時(shí)，會在其表面和內(nèi)部產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力。拉伸和壓縮應(yīng)力的分布和變化情況對材料或結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形性能有重要影響。通過模擬拉伸和壓縮負(fù)荷對材料或結(jié)構(gòu)的影響，可以確定拉伸和壓縮應(yīng)力的分布情況。

剪切應(yīng)力分析： 當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到剪切負(fù)荷時(shí)，會在其表面和內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力。剪切應(yīng)力的分布和變化情況對材料或結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度和形變性能有重要影響。 通過模擬剪切負(fù)荷對材料或結(jié)構(gòu)的影響，可以確定剪切應(yīng)力的分布情況。

疲勞應(yīng)力分析： 長期的循環(huán)負(fù)荷會引起材料或結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。疲勞應(yīng)力是指在循環(huán)負(fù)荷下產(chǎn)生的應(yīng)力。 通過模擬負(fù)荷循環(huán)對材料或結(jié)構(gòu)的影響，可以評估其疲勞壽命和可靠性。

通過機(jī)械應(yīng)力分析， 可以了解材料或結(jié)構(gòu)在不同負(fù)荷條件下的應(yīng)力情況，并評估其在實(shí)際使用中的可靠性和耐久性。 這有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料或結(jié)構(gòu)，以提高其強(qiáng)度、 剛度和耐久性， 并預(yù)測其在特定負(fù)荷條件下的壽命。

3.3.2熱應(yīng)力分析

熱應(yīng)力分析是針對材料在溫度變化下受到的內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行的一種分析。其目的是確定材料在不同溫度條件下的應(yīng)力分布和變化情況，以評估其可靠性和耐久性。

在熱應(yīng)力分析中，主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

熱膨脹：材料在受熱時(shí)會膨脹，受冷時(shí)會收縮。由于不同部分的溫度變化不一致，不同部分之間會產(chǎn)生應(yīng)力。熱膨脹系數(shù)是描述材料熱膨脹性質(zhì)的重要參數(shù)， 通過模擬溫度變化對材料的熱膨脹影響， 可以確定熱應(yīng)力的分布情況。

溫度梯度： 材料在溫度變化時(shí)， 不同部分的溫度變化可能會存在梯度。 溫度梯度會導(dǎo)致材料內(nèi)部的熱應(yīng)力分布不均勻， 從而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。通過模擬溫度梯度對材料的影響， 可以確定熱應(yīng)力的分布和變化情況。

熱傳導(dǎo)： 熱傳導(dǎo)是材料在溫度變化下的重要因素。不同部分的溫度變化速率不同， 熱傳導(dǎo)會導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)溫度和熱應(yīng)力的梯度。通過模擬熱傳導(dǎo)過程， 可以了解材料中熱應(yīng)力的分布情況。

熱疲勞：由于溫度變化引起的熱應(yīng)力往往會導(dǎo)致材料的疲勞行為。當(dāng)材料在溫度循環(huán)負(fù)荷下經(jīng)歷不斷的熱膨脹和收縮時(shí)，可能會導(dǎo)致熱疲勞破壞。通過分析熱應(yīng)力對材料的影響，可以評估材料在熱循環(huán)負(fù)荷下的可靠性和耐久性。

通過熱應(yīng)力分析， 可以了解材料在不同溫度條件下的應(yīng)力情況，并評估其在實(shí)際使用中的可靠性和耐久性。這有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料，以提高其熱穩(wěn)定性和耐熱性，并預(yù)測其在特定溫度條件下的壽命。

在熱應(yīng)力分析中， 主要目的是確定功耗自熱對機(jī)電模塊的影響。通過熱分析， 可以預(yù)測模塊的最高溫度以及各個(gè)組件的溫度。這對于了解模塊在不同功率和使用負(fù)荷條件下以及外部環(huán)境加熱條件下的耐受性非常重要，尤其是在車輛等環(huán)境中。

熱應(yīng)力分析的建模和仿真任務(wù)包括模擬功耗消耗自加熱的情況，并分析導(dǎo)線和電路走線的熱分布情況。 通過這些分析， 可以確定模塊的熱應(yīng)力情況， 了解模塊在各種工作條件下的溫度變化和熱應(yīng)力分布情況。

建議在不同條件下進(jìn)行熱應(yīng)力分析建模仿真， 包括額定運(yùn)行條件、超負(fù)荷條件、 最壞情況運(yùn)行條件以及短路條件。這些條件下的功率模型可以作為熱應(yīng)力模型的輸入， 從而更準(zhǔn)確地分析熱應(yīng)力情況。

通過熱應(yīng)力分析， 可以評估模塊的熱穩(wěn)定性和可靠性，并提供設(shè)計(jì)優(yōu)化的指導(dǎo)。 這對于確保模塊在各種工作條件下能夠穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，同時(shí)也有助于延長模塊的使用壽命。

3.3.3 電應(yīng)力分析

電應(yīng)力分析是針對電子組件中的電流和電壓應(yīng)力進(jìn)行的一種分析。該分析的目的是確定電子組件中電流和電壓的分布情況，以評估設(shè)備在不同電源和使用負(fù)荷條件下的電應(yīng)力情況。 電應(yīng)力分析主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

電流路徑分析： 通過模擬電流在電路板上的傳輸路徑，可以確定電流在不同元件和導(dǎo)線中的分布情況。 這有助于了解電流密度和熱量的分布，從而評估電路板和組件的電應(yīng)力。

電壓分析： 通過模擬電壓在電路板和其他組件上的傳輸情況，可以確定電壓在不同元件之間的分布情況。 這有助于了解電壓梯度和電場強(qiáng)度的分布，從而評估電路板和組件的電應(yīng)力。

電熱耦合分析： 在電應(yīng)力分析中， 通常還需要考慮電熱耦合效應(yīng)。 電流通過電阻產(chǎn)生熱量， 這會導(dǎo)致溫度升高并對電路板和組件產(chǎn)生影響。通過將電流密度和電阻與熱傳導(dǎo)和熱輻射效應(yīng)相結(jié)合， 可以進(jìn)行電熱耦合分析，評估電路板和組件在電熱耦合環(huán)境下的電應(yīng)力。

電磁干擾分析： 電子組件中的電流和電壓也可能會引起電磁干擾。通過電磁場分析， 可以確定電流和電壓在設(shè)備周圍和其他干擾源之間的相互作用，并評估電磁干擾對設(shè)備性能和電應(yīng)力的影響。

通過電應(yīng)力分析，工程師可以了解電子組件在不同工作條件下的電應(yīng)力情況， 并評估其耐久性和可靠性。 這有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化電路板和組件， 從而提高設(shè)備的性能和壽命。

電應(yīng)力仿真與建模是指對電子元件或電氣系統(tǒng)中的電場分布和電流分布進(jìn) 行建模和仿真分析的過程。 以下是關(guān)于電應(yīng)力建模與仿真的展開：

1）電應(yīng)力建模：

幾何建模： 對電子元件或電氣系統(tǒng)的幾何形狀進(jìn)行建模， 包括導(dǎo)線、 電路板、 電容等的形狀和尺寸。

材料屬性建模：為每個(gè)元件指定相應(yīng)的材料屬性，例如電導(dǎo)率、介電常數(shù)、熱膨脹系數(shù)等。

電路建模： 將電子元件之間的電路連接關(guān)系進(jìn)行建模， 包括電阻、 電容、電感等元件的連接方式和數(shù)值。

2）電應(yīng)力仿真：

輸入條件定義：為仿真模型指定相應(yīng)的輸入條件，例如電壓、電流、頻

率等。

電場分布分析：通過數(shù)值方法（如有限元法）計(jì)算模型中的電場分布情況，包括各個(gè)元件內(nèi)部和周圍的電場強(qiáng)度。

電流分布分析： 通過數(shù)值方法計(jì)算模型中的電流分布情況， 包括導(dǎo)線、 電路板等的電流密度分布。

電應(yīng)力分析： 基于電場和電流分布， 計(jì)算模型中的電應(yīng)力分布情況， 包括電場強(qiáng)度引起的電應(yīng)力、 導(dǎo)線中的電流引起的磁場應(yīng)力等。

3）輸入條件：

幾何信息：電子元件或電氣系統(tǒng)的幾何形狀、尺寸和位置。

材料屬性：各個(gè)元件的材料屬性，包括電導(dǎo)率、介電常數(shù)等。

輸入電壓、電流和頻率：用于定義電應(yīng)力仿真模型中的輸入條件。

4）結(jié)果分析：

電場分析：分析模型中的電場分布情況，檢查是否滿足設(shè)計(jì)要求，避免電

場過強(qiáng)引起的擊穿或電弧放電問題。

電流分析： 分析模型中的電流分布情況，檢查導(dǎo)線或電路板上的電流密度是否超過承載能力。

電應(yīng)力分析：分析模型中的電應(yīng)力分布情況，檢查是否存在過高的電應(yīng)力引起的機(jī)械破壞或失效。

5）結(jié)果優(yōu)化：

幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化：根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如調(diào)整導(dǎo)線寬度、 間距等，以減少電應(yīng)力集中。

材料選擇優(yōu)化： 根據(jù)仿真結(jié)果選擇合適的材料，以提高材料的電絕緣性能或?qū)щ娦阅?/span>。

電路優(yōu)化：根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化電路連接方式，以提高電流分布均勻性或降低電壓降。

電應(yīng)力仿真與建?？梢詭椭u估電子元件或電氣系統(tǒng)在不同工況下的電場 分布和電流分布情況， 并預(yù)測電應(yīng)力的分布。 通過優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料選擇， 可以改善電子元件或電氣系統(tǒng)的性能和可靠性， 確保其安全運(yùn)行。

3.3.4 化學(xué)應(yīng)力分析

化學(xué)應(yīng)力分析是針對材料中由于化學(xué)反應(yīng)引起的內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)行的分析。它的目的是確定材料在不同化學(xué)環(huán)境下的應(yīng)力分布和變化情況，以評估材料的可靠性和耐久性。

在化學(xué)應(yīng)力分析中，主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

化學(xué)反應(yīng)： 首先需要了解材料所處的化學(xué)環(huán)境以及可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這包括材料與周圍環(huán)境中氣體、 液體或其他物質(zhì)之間的相互作用。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的類型和速率， 會產(chǎn)生物質(zhì)的擴(kuò)散、 吸附、 溶解等現(xiàn)象，從而引起材料中的化學(xué)變化。

應(yīng)力分析： 通過模擬化學(xué)反應(yīng)對材料內(nèi)部的應(yīng)力產(chǎn)生的影響，可以確定材料中的化學(xué)應(yīng)力分布。化學(xué)反應(yīng)引起的材料體積的變化或化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散會導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的分布不均勻。這些應(yīng)力可以通過數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)測試來進(jìn)行分析和測量。

力學(xué)性能： 通過分析化學(xué)應(yīng)力， 可以評估材料的力學(xué)性能， 如強(qiáng)度、剛度和韌性等。 化學(xué)應(yīng)力可能導(dǎo)致材料的破裂、 變形或腐蝕等問題， 因此，了解化學(xué)應(yīng)力的分布和變化情況對于設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料的性能至關(guān)重要。

可靠性評估： 通過化學(xué)應(yīng)力分析，可以評估材料在特定化學(xué)環(huán)境下的可靠性和耐久性。 這有助于預(yù)測材料在實(shí)際使用條件下的壽命，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/span>來延長材料的使用壽命。

3.3.5 環(huán)境應(yīng)力分析

環(huán)境應(yīng)力分析是針對材料或結(jié)構(gòu)在特定環(huán)境條件下受到的外部應(yīng)力進(jìn)行的 一種分析。其目的是確定材料或結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的應(yīng)力分布和變化情況，以評估其可靠性和耐久性，環(huán)境應(yīng)力分析的考慮因素如圖3-8所示。

環(huán)境應(yīng)力分析主要關(guān)注以下幾個(gè)方面：

溫度應(yīng)力分析： 溫度是材料或結(jié)構(gòu)受到的最常見的環(huán)境應(yīng)力之一。溫度的變化會導(dǎo)致材料或結(jié)構(gòu)的熱膨脹或收縮， 從而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。通過模擬溫度變化對材料或結(jié)構(gòu)的影響， 可以確定溫度應(yīng)力的分布情況。

濕度應(yīng)力分析： 濕度是另一個(gè)常見的環(huán)境應(yīng)力來源。濕度變化會導(dǎo)致材料中的水分的吸收或損失， 從而引起體積的變化和應(yīng)力的產(chǎn)生。 濕度應(yīng)力分析可以幫助評估材料在潮濕或干燥環(huán)境下的性能和耐久性。

圖3-8 環(huán)境負(fù)荷的樹分析

化學(xué)腐蝕應(yīng)力分析： 某些環(huán)境條件下， 如酸性、 堿性或鹽性環(huán)境，會引起材料的腐蝕反應(yīng)。 化學(xué)腐蝕會導(dǎo)致材料表面的損壞和質(zhì)量的損失，從而產(chǎn)生應(yīng)力。 通過分析化學(xué)腐蝕對材料的影響，可以確定材料在特定環(huán)境下的應(yīng)力分布情況。

振動(dòng)應(yīng)力分析： 振動(dòng)是一種常見的環(huán)境應(yīng)力形式，特別是對于結(jié)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)來說。 振動(dòng)引起的應(yīng)力可以導(dǎo)致材料疲勞、 斷裂或變形。 振動(dòng)應(yīng)力分析可以幫助評估材料或結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境中的可靠性和耐久性。

通過環(huán)境應(yīng)力分析， 可以了解材料或結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的應(yīng)力情況，并評估其在實(shí)際使用中的可靠性。 這有助于設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料或結(jié)構(gòu)，以提高其性能和耐久性， 并預(yù)測其在特定環(huán)境條件下的壽命。

內(nèi)容簡介

本書以汽車電子硬件為背景，層層遞迚地引入失效物理場分析、元件選型、應(yīng)力分析、參數(shù)趨勢分析、降額設(shè)計(jì)和最壞情況電路分析等內(nèi)容。通過這些內(nèi)容，讀者將深入了解如何分析、預(yù)測和解決汽車電子系統(tǒng)中的故障和挑戰(zhàn)。在每個(gè)章節(jié)中，還加入了豐富的示例和案例研究，以幫助讀者更好地理解和應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容。

本書適合對汽車電子硬件以及技術(shù)感興趣的讀者，無論是開發(fā)者、設(shè)計(jì)者、科研工作者還是剛?cè)腴T的技術(shù)人員，均可將本書作為學(xué)習(xí)參考用書。本書還適合有相關(guān)知識背景的從業(yè)人員迚行深入學(xué)習(xí)。

點(diǎn)擊以下鏈接購買

https://mp.weixin.qq.com/s/JJngOtjoEth-OjbBuAGZtQ

作者簡介：高宜國一位在汽車行業(yè)從業(yè)十多年的資深人士，涉足的領(lǐng)域包括汽車電子器件、汽車電子電路設(shè)計(jì)、汽車電子魯棒性設(shè)計(jì)（DFR）、汽車電子卓越設(shè)計(jì)（DFX）和汽車電子最壞情況電路分析（WCCA）。作者有個(gè)人公眾號汽車電子工程知識體系(AEEBOK)，在公眾號上將自己的經(jīng)驗(yàn)和見解整理成文章，內(nèi)容涵蓋了電子器件的選擇和應(yīng)用、電路設(shè)計(jì)的方法和技巧、測試和可靠性設(shè)計(jì)的知識點(diǎn)等。希望自己的公眾號能夠成為廣大汽車電子工程師和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和交流的平臺 ，也希望能為汽車行業(yè)提供有價(jià)值的信息和指導(dǎo)。

本書由機(jī)械工業(yè)出版社出版，本文經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。