隨著(zhù)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力和結構應力失效，如今SMT無(wú)鉛制程的不斷發(fā)展，也不斷考驗著(zhù)電路板的熱應力和結構應力。那么應怎樣才能改變電路板熱應力和結構應力失效的問(wèn)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(xiàn)與通孔的焦耳熱。他們可將這些熱源用作 ANSYS Icepak 系統級熱仿真的輸入，用于判斷電路板上和電路板周?chē)臏囟葓?chǎng)。但是由于研究每條跡線(xiàn)及每個(gè)通孔的電路板詳細模型一般都很大而且復雜，無(wú)法在合理的時(shí)間進(jìn)度內完成分析。因此工程師不能預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(kāi)發(fā)出一種全新的多物理場(chǎng)方法，能夠在正常設計迭代周期內準確地仿真熱和機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(lái)源。

然后，使用 ANSYS 17.0 中新增的自動(dòng)雙向工作流將電路板跡線(xiàn)圖和電流密度預測導出至 Icepak。Icepak 負責計算 PCB 的正交熱導率以及求解區域中每一個(gè)點(diǎn)的溫度。Icepak 計算出的溫度隨后自動(dòng)傳輸回SIwave，而 SIwave 根據溫度場(chǎng)更新 DC 解的電氣屬性。SIwave 然后再次計算 DC 場(chǎng)并將其導出至 Icepak。這個(gè)迭代過(guò)程將持續到溫度收斂為止。

然后可使用 ANSYS SpaceClaim 構建一個(gè)結構模型，用于讀取 ECAD 幾何結構并將其轉換為固體幾何結構層。ANSYS Mechanical 可將這些固體層離散化為單元網(wǎng)格。通過(guò)以下方式表示 ECAD 幾何結構的詳細信息：根據每個(gè)單元準確的金屬和電介質(zhì)比例為每個(gè)單元分配相應的材料屬性。得到的有限元模型能非常準確地預測熱或機械載荷在電路板任何位置上所產(chǎn)生的應力、應變和變形，所需時(shí)間僅為求解所有詳細電路板幾何結構時(shí)的一小部分。

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

電路板的變形一直是電路板生產(chǎn)廠(chǎng)家需要考慮的問(wèn)題，而通過(guò)全新的多物理場(chǎng)分析方法，可以改善電路板的熱應力和結構應力，最終提高電路板的質(zhì)量，滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。