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模型一般都很大而且復(fù)雜，無法在合理的時間進度內(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 負責計算 PCB 的正交熱導(dǎo)率以及求解區(qū)域中每一個點的溫度。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)的詳細信息：根據(jù)每個單元準確的金屬和電介質(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確地預(yù)測熱或機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)就能準確仿真 PCB 的熱及機械載荷效應(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。