手機(jī)跌落測(cè)試的仿真分析
如今電子產(chǎn)品設(shè)備更新?lián)Q代的速度非?？?，未來電子產(chǎn)品向著向小型化、集成化、智能化、高性能化以及使用人性化趨勢(shì)發(fā)展。電子產(chǎn)品不可避免的會(huì)經(jīng)受跌落帶來的撞擊情況，特別是從手中或者桌上掉下來產(chǎn)生的撞擊。能否經(jīng)受這種撞擊對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)成功的產(chǎn)品很關(guān)鍵。
要評(píng)估一個(gè)電子產(chǎn)品受到撞擊載荷時(shí)的響應(yīng)，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試和仿真分析。與物理實(shí)驗(yàn)相比，仿真分析有著明顯的優(yōu)勢(shì)：在設(shè)計(jì)過程中，任意階段都可以進(jìn)行模擬，同時(shí)成本低，能夠提供詳細(xì)的結(jié)果和模型上任意點(diǎn)的信息（應(yīng)力、應(yīng)變、加速度等等）。手機(jī)是我們工作和生活中經(jīng)常使用的電子設(shè)備，下面我們將為大家分享一個(gè)手機(jī)跌落仿真分析的案例。
分析背景：
手機(jī)從 1 米處自由跌落到大理石地板。
跌落方向：本次只進(jìn)行背面跌落-頂部到底部分析
芯片布局：
失效準(zhǔn)則：
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部件 |
失效準(zhǔn)則 |
失效判據(jù)值 |
單位 |
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LCM |
LE |
3300 |
微應(yīng)變 |
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TP |
LE |
9000 |
微應(yīng)變 |
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IC |
LE |
1550 |
微應(yīng)變 |
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3D玻璃電池蓋 |
LE |
4500 |
微應(yīng)變 |
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前殼塑膠 |
PEEQ |
0.278 |
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后殼 |
PEEQ |
0.405 |
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EMN器件 |
PCB板應(yīng)變 |
2000 |
微應(yīng)變 |
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芯片焊錫（焊球） |
焊錫四角PCB板應(yīng)變 |
2000 |
微應(yīng)變 |
|
芯片焊錫（焊盤） |
焊錫四角PCB板應(yīng)變 |
5000 |
微應(yīng)變 |
分析結(jié)果：
通過LCD跌落動(dòng)畫可知：背面跌落，手機(jī)底部撞擊地面后，單層玻璃區(qū)域甩動(dòng)變形嚴(yán)重，造成LCD玻璃以及IC邊緣應(yīng)變較大。
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LCD玻璃單層玻璃最大主應(yīng)變4951微應(yīng)變，大于LCD玻璃失效判據(jù)值，失效風(fēng)險(xiǎn)高。 |
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LCD_IC最大主應(yīng)變2329微應(yīng)變，大于IC玻璃失效判據(jù)值，失效風(fēng)險(xiǎn)高。 |
如上圖云圖所示，灰色區(qū)域?yàn)長CD模組受撞擊區(qū)域，右側(cè)圖為受后攝影響，前殼對(duì)LCD模組沖擊頂起，請(qǐng)關(guān)注LCD白斑風(fēng)險(xiǎn)。
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TP玻璃最大主應(yīng)變6485微應(yīng)變，小于康寧玻璃失效判據(jù)值，失效風(fēng)險(xiǎn)低。 |
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玻璃電池蓋左側(cè)邊緣最大主應(yīng)變8945微應(yīng)變，接近玻璃失效判據(jù)值，需關(guān)注玻璃電池蓋破裂風(fēng)險(xiǎn)。 |
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前殼最大等效塑性應(yīng)變0.218，小于材料PC+10GF%的最大斷裂延伸率0.278，失效風(fēng)險(xiǎn)低。 |
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后殼最大等效塑性應(yīng)變0.38，小于材料PC7015的最大斷裂延伸率0.405 ，結(jié)構(gòu)斷裂風(fēng)險(xiǎn)低。 |
上圖前殼金屬件灰色區(qū)域?yàn)樗苄宰冃螀^(qū)域。
通過芯片跌落動(dòng)畫可知：背面頂部到底部跌落過程中，芯片WTR處主板拱起變形較大，BGA焊球有脫焊風(fēng)險(xiǎn)，建議芯片點(diǎn)膠規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。
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主板LE11應(yīng)變（主板+器件）X方向應(yīng)變?cè)茍D如上，重點(diǎn)關(guān)注彩色區(qū)域（大于2000微應(yīng)變），器件長度方形與X軸平行有風(fēng)險(xiǎn)，建議器件旋轉(zhuǎn)90°擺放或者調(diào)整器件布置位置。 |
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主板LE22應(yīng)變（主板+器件）Y方向應(yīng)變?cè)茍D如上，主板器件處無大應(yīng)變區(qū)域。 |
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主板LE11應(yīng)變（主板+器件）X方向應(yīng)變?cè)茍D如上，重點(diǎn)關(guān)注彩色區(qū)域（大于2000微應(yīng)變，器件長度方形與X軸平行有風(fēng)險(xiǎn)），主板背面器件無失效風(fēng)險(xiǎn)。 |
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主板LE22應(yīng)變（主板+器件）Y方向應(yīng)變?cè)茍D如上，重點(diǎn)關(guān)注彩色區(qū)域（大于2000微應(yīng)變，器件長度方形與Y軸平行有風(fēng)險(xiǎn)），主板背面器件無失效風(fēng)險(xiǎn)。 |
結(jié)果匯總：
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部件 |
最大主應(yīng)變 e-6 |
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LCD |
4951 |
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IC |
2329 |
|
TP |
6485 |
|
3D玻璃電池蓋 |
8945 |
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部件 |
焊錫類型 |
最大主應(yīng)變 e-6 |
|
CPU |
焊球 |
951.6 |
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DTV |
焊球 |
1730 |
|
EMCP |
焊球 |
945.2 |
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FEM |
焊盤 |
3245 |
|
NFC |
焊球 |
1590 |
|
PAI |
焊盤 |
1600 |
|
PM660L |
焊球 |
1311 |
|
PM660 |
焊球 |
1778 |
|
SMB |
焊盤 |
1868 |
|
U2602 |
焊盤 |
2143 |
|
WIFI |
焊球 |
1379 |
|
WRT |
焊球 |
2508 |
結(jié)論：
→ 手機(jī)背面頂部到底部跌落LCD、IC、3D玻璃電池蓋最大主應(yīng)變均超過各自失效判據(jù)值，破裂風(fēng)險(xiǎn)高；
→手機(jī)背面頂部到底部跌落芯片PM660L、WIFI、WRT有脫焊風(fēng)險(xiǎn)；
→手機(jī)背面跌落，主板部分器件擺向會(huì)造成器件失效，建議旋轉(zhuǎn)器件長度方向
在利用CAE仿真技術(shù)對(duì)手機(jī)進(jìn)行各種模擬分析之前，手機(jī)仿真常會(huì)遇到手機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜無法快速完成前處理過程的問題。有限元科技依托十余年的CAE技術(shù)背景和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)手機(jī)CAE二次開發(fā)進(jìn)行深入的探索，有效實(shí)現(xiàn)了三臺(tái)電腦6小時(shí)完成CAE前處理，大大提高了仿真效率，推進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新的進(jìn)程。目前國內(nèi)的手機(jī)廠商中，諸如華為、oppo、vivo、小米、華勤、與德、龍旗、聯(lián)想、中興等知名品牌都選擇了與有限元科技長期合作。選擇有限元科技，為您的企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造無限可能。
