PCB翹曲分析功能

1前言

PCB 現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于我們生活中，所以對(duì)于產(chǎn)品的可靠性有著越來(lái)越高的需求，針對(duì)該需求，需要引進(jìn)仿真的方法來(lái)提高我們產(chǎn)品的質(zhì)量，在設(shè)計(jì)初期通過(guò)仿真識(shí)別對(duì)應(yīng)的問(wèn)題，從而有針對(duì)性的處理。

在我們?cè)缙诘募夹g(shù)文章中詳細(xì)闡述了如何通過(guò) trace mapping 的功能（下一篇），快速實(shí)現(xiàn)對(duì)于復(fù)雜的芯片或者 PCB 模型的建模并且進(jìn)行精準(zhǔn)的仿真分析，本篇會(huì)在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提供新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更為精確的分析。

首先讓我們回顧一下之前有關(guān)于 PCB 可靠性的問(wèn)題，PCB 由于在制造加工過(guò)程中和實(shí)際的使用過(guò)程中存在有溫變、切割、振動(dòng)等不同的工況環(huán)境。如何保證在類(lèi)似的環(huán)境中能夠快速分析解決相關(guān)的缺陷問(wèn)題，這其中有兩項(xiàng)關(guān)鍵的因素分別是建模和材料參數(shù)。

其中建模由于 PCB 或者芯片的尺寸規(guī)格問(wèn)題想要完全對(duì)這類(lèi)產(chǎn)品在有限元中進(jìn)行建模是非常困難的，所以在上一篇的文章中我們提供了 trace mapping 功能，該方法能夠便捷、高效對(duì) PCB 進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，準(zhǔn)確定義 PCB 各層的材料屬性，因此可以快速對(duì)復(fù)雜的 PCB 產(chǎn)品進(jìn)行分析。

2Reinforcement

Trace mapping是基于金屬體積分?jǐn)?shù)的映射功能來(lái)反應(yīng) PCB 中的疊層和 via 孔的材料信息，其結(jié)果只是反映在此基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)模型結(jié)構(gòu)的形變和應(yīng)力，而當(dāng)我們需要對(duì)缺陷位置詳細(xì)定位或者查看疊層詳細(xì)變形的時(shí)候這個(gè)功能就不能滿足我們的要求了，因此需要導(dǎo)入另一項(xiàng)功能。

對(duì)于適當(dāng)建模的幾何體，Mechanical 提供了在結(jié)構(gòu)內(nèi)指定增強(qiáng)材料的選項(xiàng)Reinforcement。Mechanical 可以使用專(zhuān)門(mén)的增強(qiáng)元件對(duì)這些增強(qiáng)幾何體進(jìn)行建模。這些增強(qiáng)元件通過(guò)共享節(jié)點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或熱但愿交互，提供額外的增強(qiáng)。如圖所示，Mechanical 為線體（離散增強(qiáng)材料）和面體（彌散增強(qiáng)材料）提供增強(qiáng)規(guī)范。每個(gè)指定為增強(qiáng)材料的線體基本上代表在空間中任意定向的增強(qiáng)纖維。每個(gè)指定為增強(qiáng)材料的表面體基本上代表一個(gè)增強(qiáng)層。該增強(qiáng)層可以是均質(zhì)增強(qiáng)層，也可以是具有均勻間隔纖維的增強(qiáng)層。

3Sherlock

如何添加 Reinforcement，需要通過(guò)另一款 Ansys 的軟件 Sherlock 來(lái)配合使用，Sherlock 是一款基于失效物理模型對(duì)于 PCB 進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)分析的軟件，目前是全球少數(shù)的基于 POF 的自動(dòng)化設(shè)計(jì)可靠性分析軟件。其原理是基于產(chǎn)品失效的實(shí)際物理過(guò)程，通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，達(dá)到對(duì)于產(chǎn)品失效的定量化描述和評(píng)價(jià)的目的，進(jìn)而輔助完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化、產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)和保障等的產(chǎn)品研發(fā)目的。

Sherlock 除了分析 PCB 的壽命之外還有一項(xiàng)特殊功能，它可以生成 PCB 每一層的疊層模型，將疊層輸出導(dǎo)入 Mechanical 模型中，在 Mechanical 中將疊層和via孔建模為增強(qiáng)元件，在 Workbench Mechanical 中打開(kāi)導(dǎo)出的模型時(shí)，將根據(jù) Sherlock 中的設(shè)置自動(dòng)應(yīng)用以下屬性：trace 模型的厚度、shell Reinforcement element，beam Reinforcement element 的通孔橫截面以及所有相應(yīng)的材料屬性。流程圖如下所示：

將輸出的疊層與 PCB 模型結(jié)合，同時(shí)對(duì)于導(dǎo)入疊層模型設(shè)定 Reinforcement 單元，兩者結(jié)合之后就能獲取更為詳細(xì)的分析結(jié)果，在此基礎(chǔ)上我們可以更好的查看相關(guān)疊層的受力和變形情況，如圖所示：

4結(jié)論

結(jié)合 Sherlock 的疊層功能，配合 trace mapping 可以更好的對(duì) PCB 模型進(jìn)行精確建模，獲得更為詳細(xì)的結(jié)果。

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