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手机跌落测试的仿真分析

如今电子产品设备更新换代的速度非常快,未来电子产品向着向小型化、集成化、智能化、高性能化以及使用人性化趋势发展。电子产品不可避免的会经受跌落带来的撞击情况,特别是从手中或者桌上掉下来产生的撞击。能否经受这种撞击对于设计一个成功的产品很关键。 

 

要评估一个电子产品受到撞击载荷时的响应,需要结合实验测试和仿真分析。与物理实验相比,仿真分析有着明显的优势:在设计过程中,任意阶段都可以进行模拟,同时成本低,能够提供详细的结果和模型上任意点的信息(应力、应变、加速度等等)。手机是我们工作和生活中经常使用的电子设备,下面我们将为大家分享一个手机跌落仿真分析的案例。

 

分析背景:
手机从 1 米处自由跌落到大理石地板。

 

跌落方向:本次只进行背面跌落-顶部到底部分析

 

芯片布局:

 

失效准则:

 

部件

失效准则

失效判据值

单位

LCM

LE

3300

微应变

TP

LE

9000

微应变

IC

LE

1550

微应变

3D玻璃电池盖

LE

4500

微应变

前壳塑胶

PEEQ

0.278

 

后壳

PEEQ

0.405

 

EMN器件

PCB板应变

2000

微应变

芯片焊锡(焊球)

焊锡四角PCB板应变

2000

微应变

芯片焊锡(焊盘)

焊锡四角PCB板应变

5000

微应变

 

 

分析结果:

通过LCD跌落动画可知:背面跌落,手机底部撞击地面后,单层玻璃区域甩动变形严重,造成LCD玻璃以及IC边缘应变较大。

 

LCD玻璃单层玻璃最大主应变4951微应变,大于LCD玻璃失效判据值,失效风险高。

 

LCD_IC最大主应变2329微应变,大于IC玻璃失效判据值,失效风险高。

 

 

如上图云图所示,灰色区域为LCD模组受撞击区域,右侧图为受后摄影响,前壳对LCD模组冲击顶起,请关注LCD白斑风险。

 

TP玻璃最大主应变6485微应变,小于康宁玻璃失效判据值,失效风险低。

 

玻璃电池盖左侧边缘最大主应变8945微应变,接近玻璃失效判据值,需关注玻璃电池盖破裂风险。

 

 

前壳最大等效塑性应变0.218,小于材料PC+10GF%的最大断裂延伸率0.278,失效风险低。

 

后壳最大等效塑性应变0.38,小于材料PC7015的最大断裂延伸率0.405 ,结构断裂风险低。

 

上图前壳金属件灰色区域为塑性变形区域。

通过芯片跌落动画可知:背面顶部到底部跌落过程中,芯片WTR处主板拱起变形较大,BGA焊球有脱焊风险,建议芯片点胶规避风险。

 

主板LE11应变(主板+器件)X方向应变云图如上,重点关注彩色区域(大于2000微应变),器件长度方形与X轴平行有风险,建议器件旋转90°摆放或者调整器件布置位置。

 

主板LE22应变(主板+器件)Y方向应变云图如上,主板器件处无大应变区域。

 

 

主板LE11应变(主板+器件)X方向应变云图如上,重点关注彩色区域(大于2000微应变,器件长度方形与X轴平行有风险),主板背面器件无失效风险。

 

主板LE22应变(主板+器件)Y方向应变云图如上,重点关注彩色区域(大于2000微应变,器件长度方形与Y轴平行有风险),主板背面器件无失效风险。

 

 

结果汇总:

 

部件

最大主应变

e-6

LCD

4951

IC

2329

TP

6485

3D玻璃电池盖

8945

 

 

 

部件

焊锡类型

最大主应变

e-6

CPU

焊球

951.6

DTV

焊球

1730

EMCP

焊球

945.2

FEM

焊盘

3245

NFC

焊球

1590

PAI

焊盘

1600

PM660L

焊球

1311

PM660

焊球

1778

SMB

焊盘

1868

U2602

焊盘

2143

WIFI

焊球

1379

WRT

焊球

2508

 

 

结论:

→ 手机背面顶部到底部跌落LCD、IC、3D玻璃电池盖最大主应变均超过各自失效判据值,破裂风险高;

→手机背面顶部到底部跌落芯片PM660L、WIFI、WRT有脱焊风险;

→手机背面跌落,主板部分器件摆向会造成器件失效,建议旋转器件长度方向

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