基于故障物理的集成控制器电路板可靠性预计

刘凌，孙富强，章桐

装备通用质量特性及寿命评估

基于故障物理的集成控制器电路板可靠性预计

刘凌1，孙富强2，章桐1

（1.同济大学，上海 201804；2.北京航空航天大学，北京 100191）

实现商用电动汽车集成控制器的可靠性预计与提升，采用应力仿真与故障物理相结合的方法对其关键电路板进行可靠性预计。针对集成控制器的数字样机，开展热、振动仿真应力分析，采用故障模式机理及影响分析（FMMEA）方法，分析电路板可能存在的故障模式和故障机理，确定潜在故障模式的故障物理模型。将应力分析结果作为故障物理模型的输入，进行基于故障物理的可靠性预计，寻找设计薄弱环节，并提出改进措施。找到了电路板的8个高温器件和热集中区域，振动仿真分析表明，电路板顶端与中心振动强度较大，可能引起疲劳失效，需要给予关注。通过FMMEA分析，得到电路板的主要故障模式为焊点开裂，主要受温度循环影响，造成热疲劳失效。最后采用Coffin-Mason模型，计算得到电路板的平均故障间隔时间为15 869 h，找出了电路板的可靠性设计的薄弱环节。该方法基于故障物理，相对传统基于手册的可靠性预计方法精度更高，同时能够在产品研制阶段与性能设计并行，通过分析和改进产品设计，达到正向可靠性设计的目的，为新能源汽车领域电子产品的可靠性预计提供新的思路。

电动汽车；故障物理；应力分析；故障模式机理及影响分析；可靠性预计；可靠性设计

随着能源安全、环境污染和城市交通问题的日渐凸显，国家高度重视并大力推进新能源汽车的推广应用和自主创新[1]。……