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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