[发明专利]自动确定印制板组件中元件被模态节线穿过的模态数方法

说明书

本发明公开的一种自动确定印制板组件中元件被模态节线穿过的模态数方法，旨在提供一种效率高、不易出错且易于程序化的确定模态数的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：应用分析软件将印制板组件中的元件按照不同外形划分为矩形封装元件和圆形封装元件，以坐标系XOY为建模坐标系建立印制板组件的几何模型和印制板组件的有限元模型；以印制板的一边为X轴定义坐标系XOY；通过模态分析得到印制板组件的模态振型，从不同的三维矩阵中提取印制板组件各个元件的轮廓和各阶模态的节线，判断模态节线是否穿越元件；判断构成节线的节点是否位于元件的轮廓内来确定元件是否被节线或节点穿越或穿过，记录穿越元件的模态数，确定各元件被节线穿过的模态数。

技术领域

本发明涉及一种适用于航空电子设备印制板组件的有限元模态结果的解读过程中自动确定印制板组件中元件被模态节线穿过的模态数方法。

背景技术

航空电子设备在使用过程中会经受来源于飞行器发动机、外部气流扰动，可能会承受多种不同形式的宽频带、多加速度水平的振动作用，例如正弦振动、随机振动和瞬态冲击振动的作用。在上述这些多种形式和加速度水平的振动作用下，电子设备内部的印制板组件将产生柔性变形，并可能导致电子备多种形式的失效，如电参数漂移，元器件引线或焊点断裂，引起电回路失效等。因此，振动是导致电子设备失效的一个重要因素，尤其是在电子设备不断地向小型化和多样化发展的今天，印制板组件的结构更加细小，布线密度越来越大，层数越来越多，振动因素对它们的影响已变得更加突出。印制板组件所经受的振动和冲击是影响电子封装可靠性的关键因素。由于印制电路板是薄壳结构，扭转时芯片引脚受力形式复杂，印制板组件发生失效的可能性远大于机箱。当印制板上有模态弯曲节线穿过器件时，不利于器件焊点的生存的原则来预测可能出现损坏的电子元器件。为了保证电子设备的可靠性，提高航空电子设备中印制板组件的耐振动载荷的能力，在设计这些印制板组件时，通常要对其进行耐振动环境能力分析。在这些分析方法中，模态分析是一种常用的手段，模态分析的结果不仅使设计印制板组件满足电子设备结构设计的倍频规则，并且元件在振动环境下发生损坏的几率也是与模态节线存在密切的关系。

在《Board design influence on BGA Mechanical Reliability》一文中指出当元件被模态节线穿过时，其焊点的生存能力将受到不利影响。进而《Study on the DynamicCharacteristics Analysis and Failure Prognosis of a PWA》一文依据元件被节线穿越的模态的数量成功预计了元件的损坏顺序。可见确定元件被节线穿越的模态的数量对于印制板组件的元件损伤预计具有重要的意义。

当前，确定元件被节线穿越的模态数采用的是人工观察法。该方法的主要步骤是：首先建立分析模型得到模态分析结果；其次，绘制各阶模态的振动及节线分布图；最后，仔细观察振动及节线分布图来获得元件被节线穿越的模态数。该方法存在以下不足：

(1)当需要处理的模态数量较多时，工作量大，效率较低、且易出错；

航空电子设备中通常会包含多个印制板组件，并且航空器的振动能量一般分布与2000Hz一下的频段内。在该频段所包含的印制板组件的模态数量从十几阶到几十、甚至几百阶，并且印制板组件上分布有几十个元件。逐阶绘制节线分布图并通过观察逐个确定元件被节线穿越的模态数需要工作很大，统计数据表明对一个含有20个元件的印制板组件，一个设计师每小时仅能完成一阶模态结果的处理。

(2)无法程序化

当前方法为纯人工方法，每一个步骤均需要设计师手工完成，严重依赖设计师，无法程序化、并整合进入优化迭代的计算机程序，给通过优化元件在印制板上的布局来提高其振动能力带来很大的困难。

发明内容

本发明的目的针对现有技术确定元件被节线穿越的模态数的人工观察法工作量大、效率低、易出错且无法自动化的不足，提供一种效率高、不易出错且易于程序化的自动确定印制板组件中元件被模态节线穿过的模态数方法。