Sherlock ICT测试模块实战：电路板过应力仿真四步走

ICT技术已经是现代电子企业常用的测试技术，使用ANSYS Sherlock软件进行ICT测试，评估由于过应力导致的风险组件，并根据结果提出改进措施。

随着微电子技术和电子组装技术的发展，PCBA（Printed Circuit Board Assembly，印刷电路板组件）布局和组装呈现出复杂化的趋势。PCB中的器件尺寸微型化、引脚间距紧凑化都使得 PCBA在极大程度上增大了产品失效的可能性。

01微观的世界，更多挑战

ICT( In-Circuit Test)，即在线测试技术，作为电子产品印制板组装加工中的重要测试手段，已为大多数现代化电子企业所采用。

它使用一系列测试探针和测试夹具，在一个电路板的一面或两面来测试制造过程中的电气连接。每个测试探针施加一个力在一个特定的电路板位置，称为测试点，由设计确定。在测试过程中，所有这些测试点力的联合作用使电路板产生弯曲，如果应力值足够高，焊点可能会失效，PCB板上的元件也将产生超过允许范围的应力。

图1  ICT测试仪

图2 电路板常见的失效模式：陶瓷电容器的弯曲开裂、垫坑

为了提前避免失误和发现问题，在生产过程中需要对ICT步骤进行应力应变测量并监控，以确定产品应力应变处于允许范围内。如果测量值超过了电路板允许的应力应变水平的最大值，将对电路板进行重新布局设计或者调整夹具设计，或者按要求改变流程，使得应力应变数值回到允许范围之内。

02ANSYS Sherlock

ANSYS Sherlock软件是一款基于可靠性物理的电子设计软件，能够在早期设计阶段为电子硬件的元器件、板件和系统级提供快速准确的寿命预测，其提供的ICT分析模块基于有限元算法可以快速对测试点和夹具施加的机械应力进行建模，并根据预测的电路板部件的应力对其进行打分，列出测试不合格的元器件。

ICT测试在Sherlock软件中实现非常简单，导入电路板设计模型（odb++，IPC2581，Cadif等文件格式）后：

第一步

进入PCB的layer层，定义电路板测试的约束条件。如固定孔约束、支撑约束等，约束条件可以复制也可以通过文件导入。

图3 增加测试约束条件

图4 约束条件可以复制

第二步

增加ICT测试点，并定义测试点载荷（力或者位移）。简单的测试点可以根据坐标系手动一个一个加入，如果测试点非常多，可以通过文件导入的形式输入。

图5 手动增加单个测试点

图6 复杂测试点可通过文本文件导入

第三步

求解并查看结果，评估由于过应力导致的风险组件。

图7 电路板三维位移和应变结果

图8 电路板危险组件按照分数不同颜色显示

第四步

在上述分析结果基础上，提出改进措施。例如，通过改变测试点位置，减少测试点载荷/位移，增加或移动板支撑，填充灌封胶等方法在Sherlock软件里对电路板设计进行快速迭代设计，以期达到产品测试合格的目标。

例如在下图中，软件分别通过移动高风险区域的组件U27到合适的位置（10年内失效率大于20%）、增加约束条件（10年内失效率约为5%，达到设计目标）、填充灌封胶（失效率非常低，达到设计目标）的方法来降低产品的失效率。

图9 初始产品设计的失效率（2年内达到5%）

图 10 移动组件U27到合适的位置、增加约束条件、

填充灌封胶降低失效率

02应用扩展

除了ICT测试过程外，类似活动包括四点弯曲测试、电路板子卡或连接器插入过程、分板过程、散热器连接、对电路板的不适当支撑等都会引起电路板过应力失效，这些也可以通过Sherlock的ICT测试模块进行仿真。

图11 四点弯曲试验及ICT实现

图 12 直插连接器对电路板影响及ICT实现

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