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：
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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。
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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。 |
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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。
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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。 |
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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。 |
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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。 |
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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。
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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。 |
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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。 |
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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。 |
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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：
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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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