隨著電路板尺寸的不斷減小，能量耗散的逐步上升，容易造成電路板的熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力失效，如今SMT無鉛制程的不斷發(fā)展，也不斷考驗(yàn)著電路板的熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力。那么應(yīng)怎樣才能改變電路板熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力失效的問題呢？

工程師一直都能夠確定熱點(diǎn)源并使用 ANSYS SIwave 電路分析器計算PCB 跡線與通孔的焦耳熱。他們可將這些熱源用作 ANSYS Icepak 系統(tǒng)級熱仿真的輸入，用于判斷電路板上和電路板周圍的溫度場。但是由于研究每條跡線及每個通孔的電路板詳細(xì)模型一般都很大而且復(fù)雜，無法在合理的時間進(jìn)度內(nèi)完成分析。因此工程師不能預(yù)測電路板在制造及工作周期中的變形。

解決方案

ANSYS 已經(jīng)開發(fā)出一種全新的多物理場方法，能夠在正常設(shè)計迭代周期內(nèi)準(zhǔn)確地仿真熱和機(jī)械載荷下的電路板性能。新方法首先使用 SIwave計算電路板上的 DC 電流和電壓，然后將其用于計算焦耳熱。由于電路板尺寸縮小而功耗保持不變甚至不斷增加，因此焦耳熱正日漸成為 PCB中熱載荷的重要來源。

然后，使用 ANSYS 17.0 中新增的自動雙向工作流將電路板跡線圖和電流密度預(yù)測導(dǎo)出至 Icepak。Icepak 負(fù)責(zé)計算 PCB 的正交熱導(dǎo)率以及求解區(qū)域中每一個點(diǎn)的溫度。Icepak 計算出的溫度隨后自動傳輸回SIwave，而 SIwave 根據(jù)溫度場更新 DC 解的電氣屬性。SIwave 然后再次計算 DC 場并將其導(dǎo)出至 Icepak。這個迭代過程將持續(xù)到溫度收斂為止。

然后可使用 ANSYS SpaceClaim 構(gòu)建一個結(jié)構(gòu)模型，用于讀取 ECAD 幾何結(jié)構(gòu)并將其轉(zhuǎn)換為固體幾何結(jié)構(gòu)層。ANSYS Mechanical 可將這些固體層離散化為單元網(wǎng)格。通過以下方式表示 ECAD 幾何結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息：根據(jù)每個單元準(zhǔn)確的金屬和電介質(zhì)比例為每個單元分配相應(yīng)的材料屬性。得到的有限元模型能非常準(zhǔn)確地預(yù)測熱或機(jī)械載荷在電路板任何位置上所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形，所需時間僅為求解所有詳細(xì)電路板幾何結(jié)構(gòu)時的一小部分。

這種全新的多物理場分析方法可讓工程師第一次在典型設(shè)計周期時限內(nèi)就能準(zhǔn)確仿真 PCB 的熱及機(jī)械載荷效應(yīng)。工程師可使用這一方法評估所推薦的設(shè)計，判斷熱或機(jī)械載荷是否會導(dǎo)致問題，并對推薦的設(shè)計變更解決這些問題的效果進(jìn)行評估。這一方法可讓產(chǎn)品設(shè)計在設(shè)計流程早期階段解決熱載荷問題，從而可減少產(chǎn)品失效和質(zhì)保索賠，同時通過避免進(jìn)行成本高昂的設(shè)計后期更改，縮短上市時間和節(jié)省工程費(fèi)用。

電路板的變形一直是電路板生產(chǎn)廠家需要考慮的問題，而通過全新的多物理場分析方法，可以改善電路板的熱應(yīng)力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力，最終提高電路板的質(zhì)量，滿足客戶的需求。