Altair PollEx 工具集成 ECAD 設計提高電子產品可靠度

 

可靠度在電子領域是一個非常寬泛的術語，涵蓋許多不同的標準，例如：信號完整性、熱管理、環境保護、功率轉換與分配、振動，以及許多其他關於電氣和機械方面的要求。

不同行業應用對可靠度的關注程度會有所區別，有些行業需要對可靠度有更高的關注，例如航空航天、醫療、汽車和其他安全相關的領域。

為保證系統的可靠度，這些領域通常需要多個冗餘，同時伴隨高強度的測試。

那麼其他受益於高可靠度但關注重點不相同的應用呢？——對於任何產品或者系統，可靠度都至關重要。

儘管 ECAD 系統目前還沒有一個完整的工具集涵蓋所有可靠度標準，但 Altair 已經提供了一個基於物理的分析平台，將 ECAD 和 MCAD 關聯，以確保 PCB 板時序、性能、合規性和可靠度符合要求。

Altair PollEx 集成了業內主流的 ECAD 設計套件及其檔案類型，可提供 PCB 驗證、熱評估、製造設計（DFM）檢查、先進的電氣和機械模擬以及詳細的性能分析等功能。

其結果涵蓋了完整的集成 PCB 系統驗證和模擬環境，有助於快速識別錯誤，以在產品生產前構建一個強大的前期設計。在深入了解該軟體及其功能之前，我們來談談可靠性為什麼如此重要。

 

可靠性為什麼如此重要

 

當今世界有許多由於可靠度問題導致不良後果的例子，例如汽車、醫療和消費電子等多個行業由於產品的可靠度差或者故障導致的產品召回。這些召回的產品不僅會對設備和人員造成傷害，而且會對製造商的業務和品牌聲譽產生嚴重影響。

這些行業的質量保證各不相同，儘管某些政策和程序可能在產品開發過程中已經執行到位，但擁有可靠度設計（DFR）的思維和一套工具/資源可以大大降低現場故障的風險，同時提高設備的魯棒性。

通過廣泛的前期測試和故障分析（以及收集到的現場數據），某些函數如韋伯分佈，可以用來幫助描述故障特徵以及發現設計早期容易出現的故障（也許包含有缺陷的項目）、基於環境或基於外部設備的故障，或導致產品壽命終止的故障，如磨損。對關鍵應用中使用的重要產品進行風險評估，也可以幫助設計人員在設計早期識別和解決可能出現的問題。

無論在何種情況下，使用工具幫助提高可靠度都會大大增加產品成功的機會。

 

 Altair  PollEx 概述

PollEx 是Altair 推出的一款軟體，提供 PCB 查看、分析和製造協助功能，旨在大幅縮短開發週期，同時為原理圖/PCB工程師和製造人員提供一個通用的應用程序。

該軟體與許多主流的 ECAD 系統兼容，如 Altium、Cadence、Eagle 和Mentor Graphics。在 PollEx 中導入 PCB 設計後，用戶可以進行 PCB 設計審查、分析、基於規則的驗證和製造評估（見圖1）。

圖1：基於規則的驗證工具PollEx DFM

 

PollEx 具有導出功能，可生成與物理模擬器和生產線機器兼容的數據，這有助於提供額外的設計支持，並提高 PCB 製造、裝配和現場測試的效率。

PollEx 可幫助確定電子設計中影響製造和生產的錯誤，同時也有助於發現電磁干擾（EMI）、電源/信號完整性和靜電放電方面的潛在問題。這些問題可能在認證過程中發現，如果出現在現場中則影響更加惡劣。

PollEx 還可以與 Altair Feko 一起使用，對詳細的系統級 EMI 和電磁兼容性進行分析，這對消費品的產品設計是有幫助的。

值得注意的是，Altair 的模擬環境是一個模型解決方案，包括機械疲勞分析、計算流體力學等。它可以和 PollEx 一起使用，提供一個完整的設計方案（見圖2）。

圖2：完整的電子系統設計驗證

 

Altair 其它產品與 PollEx 聯合使用進行 PCB 模擬

 

統一零件庫包含的文件稱為“統一零件文件（unified parts files）”，可以根據其相應的封裝檢查引腳的有效性，同時確保所有參與項目的工程團隊擁有相同的關於 PCB 物理特性的數據，包括物理、邏輯、熱、電氣和裝配屬性，這些數據都保存在相同的地方。

PollEx PCB Modeler（圖3）可查看原理圖設計，2D 或3D 的實際 PCB 層級結構，並創建元件和 BOM 清單。除此之外，還具有可視化、搜索、瀏覽、測量、標紅、比較、共享、查看焊盤/過孔、查看網表和其他文檔相關的功能。

圖3：PollEx PCB modeler比較不同的PCB設計

 

所有這些功能都可與 Altair 其他模擬產品相關聯，包括熱分析（傳導、對流和輻射）和結構分析（跌落測試、振動、彎曲和焊接疲勞）。圖4 展示了一個 PCB 熱分析的例子，同時還有一個詳細的圖表顯示了 PCB 中哪些熱特性被檢查。

圖4：Altair 的 PCB 熱分析和 PCB 熱特性圖

 

此外，Altair Embed 工具可用於為嵌入式系統的固體建模，包括模擬和數字通信、電機控制、物聯網設備和視覺系統。

通過 Embed，設計者可以使用框圖和狀態圖來分析和模擬自己的代碼，然後自動生成緊湊、優化的代碼以便在更廣泛的微控制器上運行，這屬於硬件驗證的數字補碼。

 

 

 客戶案例：三星 SDI

 

三星 SDI（三星旗下專門從事電池技術的業務部門）最近採用 Altair PollEx 進行從數字顯示控制電路到電池控制電路的轉換。這一變化需要將重點放在現有和新產品的 PCB 設計審查和驗證上，保持集中管理的設計規則和用戶環境。

在對 PollEx 軟體進行評估後，三星設計師開始將 PollEx 整合到他們的設計中，同時將不同地方的 PCB 設計師、硬體工程師、測試工程師和製造工程師關聯起來（見圖5）。

圖5：三星SDI 協作環境概覽，包含PCB 驗證功能

 

在不同的遠程地點（無論目前使用的是何種 CAD 系統），根據一組核心設計規則和驗證規則檢查設計對應用至關重要。Altair 與三星緊密合作，確保 PCB 驗證的順利通過。

不同工程師使用 PollEx 的工具集審查 PCB 設計，同時進行遠程協作，在兩個月的時間裡將設計迭代次數從 20 次減少到 9 次，修改檢查次數從 6 次減少到 3 次，這為三星SDI每年節省將近 600 萬美元。

現在 PollEx 被用於標準 PCB 設計審查流程，在 PCB 設計早期階段檢測由於製造可能產生的故障。

 

 

PollEx 的未來

 

隨著 PollEx 的用戶群體不斷增長，Altair 的軟體也朝著"數字孿生"解決方案的方向發展，即以實時、數字的形式虛擬呈現一個流程。該方法的目標是持續改進產品設計過程及其生命週期。

Altair Activate 是一個多學科的系統模擬工具，它融合了物理和數據驅動技術，以支持產品整個生命週期的優化。這項技術可以在真實的 PCB 上模擬軟體，展示軟體和可靠性之間的密切關係。它還可以幫助固體和軟體開發人員更多地了解 EMI（或其他環境變量）及其與嵌入式代碼的關聯。

總之，PollEx 在韓國已經擁有強大的客戶群和領先的地位，包括三星和 LG 等頂級企業。PollEx 可與 Altair 廣泛的產品開發套件的其他部分集成，提供一個廣泛的問題解決工具集，同時保持與業內主流的 ECAD 和 MCAD 平台兼容。

歷史表明，將一個想法引入生產通常需要 12 次設計迭代，在此過程中，前期的模擬和詳細的設計驗證有助於在生產前發現問題。

使用 PollEx（和其他相關的 Altair 解決方案），設計者可以大大減少設計迭代和產品上市時間，同時增加產品可靠性和整體成功的機會。