Ansys 於電子產業應用

熱循環下的 PCB 可靠度模擬

溫度循環是電子故障的最常見原因。它通常是由 PCB 組件和電路板之間的熱膨脹係數 (CTE) 不匹配引起的。元件和電路板之間的 CTE 失配越大,焊點失效的可能性就越大。

Ansys PCB 可靠度優化

在設計印刷電路板 (PCB) 時,我們知道電子故障的主要原因:熱循環、振動、衝擊和跌落。您可以執行各種物理測試來確定電子設備故障的方式和原因,但是使用 PCB 建模和模擬是更快且更具成本效益的解決方案。

當模擬與物理測試結合使用時(指當物理測試針對模擬結果進行客制化並且只需要一兩次測試),您的電子產品的可靠性幾乎可以得到保證。

 

在熱循環下,優化您的 PCB 設計

溫度循環是電子故障的最常見原因。它通常是由 PCB 組件和電路板之間的熱膨脹係數 (CTE) 不匹配引起的。元件和電路板之間的 CTE 失配越大,焊點失效的可能性就越大。

但是,故障也可能由局部事件引起。例如,在汽車電子產品中,PCB 經常被過度限制在鋁製外殼內。PCB 的冷面會收縮,或熱面會膨脹,或兩者兼而有之,從而導致板屈曲。

要分析這樣的局部事件,您通常需要進行應變與應變比較,即對沒有外殼的電路板進行分析,對外殼內部的電路板進行另一次分析。這將有助於確定由於機箱/外殼引起的引線應變的增加。

 

熱分析範例

下面的範例中顯示了對沒有機箱的電路板的分析。您可以看到壓力在 BGA 上。

                       圖 7:Ansys Sherlock 中 PCB 的熱力學分析(無外殼)

 

我們對其外殼中的電路板進行了分析,您可以看到應變增加了一倍。

                        圖 8:Ansys Sherlock 中 PCB 的熱機械分析(帶外殼)

 

             表 1:Ansys Sherlock 中圖 9 的焊接疲勞可靠性預測,其中包含 5 個有風險的組件

 

在上面的表 1 中,您可以看到 Sherlock 提供的焊接疲勞可靠性預測。將電路板安裝在機箱中會增加電路板的故障風險。為了降低這些風險,您需要考慮不同的底盤材料、不同的 PCB 安裝點、黏合劑鉚接或其他組件位置。

 

今天為大家分享的範例中所示,在針對熱環境下設計電路板時,您可以做出的最重要的設計決策是:

  • 確保從高應變區域移除應變敏感組件。
  • 移動您的安裝點以減輕電路板和組件上的壓力。
  • 仔細選擇你的材料。


對這些環境因素中的每一個進行模擬都將減少測試迭代和設計時間,並提供對產品可靠性和使用壽命的寶貴見解。

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