Перед монтажом готовой печатной платы в изделие она проходит испытания. Ее помещают в механические зажимы специальной машины для испытаний, где печатная плата подвергается физическим воздействиям. В течении нескольких часов печатная плата подвергается резким колебаниям и нагреву, которые влияют на компоненты изделия. Это необходимо для выявления слабых мест в платах и устранение их до монтажа в готовую продукцию.
Данное тестирование, как правило, проводится в специализированных лабораториях, аренда которых стоит тысячи долларов. Метод HALT (Highly Accelerated Life Test) существует уже несколько десятилетий, однако он далек от совершенства. Испытания могут проходить часами, а эффект от них не всегда бывает однозначным.
Mentor Graphics, один из крупнейших разработчиков инструментов EDA, недавно выпустила программное обеспечение, которое может подвергнуть виртуальные печатные платы испытаниям на вибрацию и ускорение. Являясь дополнением к программному комплексу Xpedition, эти инструменты позволяют проводить обработку, указывая на слабые стороны ранее в процессе проектирования.
«Мы хотели создать процесс тестирование непосредственно перед началом сборки, чтоб процесс поиска и устранения неисправностей мог начаться раньше» — заявил в недавнем интервью Дэвид Вейнс, менеджер по маркетингу продуктов в Mentor Graphics.
Компания делает ставку на то, что программное обеспечение сможет помочь инженерам электрикам в тестировании печатных плат до того, как они попадут на этап физических испытаний. Программное обеспечение должно помочь в обнаружении механических недостатков. С этим программным обеспечением компании смогут сэкономить время и деньги на тестирование, которые обычно используют HALT.
«С механической точки зрения элементы будут представлены коробками и цилиндрами, не обладающими «интеллектом»» — сказал Дэвид Вейнс, объясняя, как процессоры и конденсаторы будут представлены в среде разработки. Но в Design for Reliability или DfR содержится более подробное представление о том, как вибрации и ускорение влияют на печатные платы.
Это может быть важно для обеспечения герметичности продукта перед его вводом в серийное производство. Отказ продукта может быть чрезвычайно дорогостоящим: в 2010 году Toyota отозвала более 1,1 миллиона автомобилей, поскольку было обнаружено, что трещина развивается на деталях, используемых для защиты цепей от перенапряжения.
В демонстрационном ролике работы программы показано, что некоторые части печатной платы подвержены риску поломки. Программа маркировала компоненты с высокой вероятностью поломки в красный цвет, а компоненты с меньшей вероятностью поломки в оттенки оранжевого, желтого и зеленого. Пользователи могут масштабировать ножки, на которых происходит большая часть отказов, и идентифицировать ножки, которые можно сжать.
Программное обеспечение Xpedition поставляется с трехмерными моделями с более чем 4,8 миллионами деталей, которые проектировщики компоновки могут перетаскивать на монтажные платы для моделирования. Программное обеспечение также может имитировать механические детали, такие как винты и шайбы, а также другие приспособления, которые используются для удержания платы во время физических испытаний. Пользователи могут импортировать необходимые компоненты, отсутствующие в библиотеке.
Эти точные модели, в большинстве своем, правильно улавливают пороги отказов, которые могут быть упущены при проведении физических испытаний. Модели способны обеспечить довольно точное моделирование. Во внутренних тестах новое программное обеспечение предсказало до 93% отказов, которые впоследствии произошли при реальных физических испытаниях. Данное моделирование позволило сэкономить несколько часов, в отличии от стандартного метода HALT.
Программное обеспечение DfR является последним признаком того, как инженеры-электрики и инженеры-механики работают над добавлением цифрового измерения к автомобилям и заводскому оборудованию. С помощью новых инструментов инженеры могут создавать платы с более глубоким пониманием их надежности, сокращая тем самым количество оборотов внутри крупных инженерных групп.
Подтверждением будущего развития данных технологий стала покупка промышленным гигантом Siemen’s компании Mentor Graphics в конце прошлого года. Siemen’s потратил 4,5 млрд долларов, чтобы развернуть находящуюся в Орегоне фирму в своем подразделении для помощи инженерам в управлении жизненным циклом продукции, начиная от электромобилей, и заканчивая ветровыми турбинами.
«Мы не пытаемся заменить HALT или механический анализ», — сказал Вейнс. «Единственное к чему мы стремимся – упрощение процесса разработки и уменьшение стоимости и времени изготовления готовых изделий».
