PCB翘曲分析功能

1前言

PCB 现在广泛应用于我们生活中，所以对于产品的可靠性有着越来越高的需求，针对该需求，需要引进仿真的方法来提高我们产品的质量，在设计初期通过仿真识别对应的问题，从而有针对性的处理。

在我们早期的技术文章中详细阐述了如何通过 trace mapping 的功能（下一篇），快速实现对于复杂的芯片或者 PCB 模型的建模并且进行精准的仿真分析，本篇会在原有的基础上进一步提供新的方法来实现更为精确的分析。

首先让我们回顾一下之前有关于 PCB 可靠性的问题，PCB 由于在制造加工过程中和实际的使用过程中存在有温变、切割、振动等不同的工况环境。如何保证在类似的环境中能够快速分析解决相关的缺陷问题，这其中有两项关键的因素分别是建模和材料参数。

其中建模由于 PCB 或者芯片的尺寸规格问题想要完全对这类产品在有限元中进行建模是非常困难的，所以在上一篇的文章中我们提供了 trace mapping 功能，该方法能够便捷、高效对 PCB 进行结构建模，准确定义 PCB 各层的材料属性，因此可以快速对复杂的 PCB 产品进行分析。

2Reinforcement

Trace mapping是基于金属体积分数的映射功能来反应 PCB 中的叠层和 via 孔的材料信息，其结果只是反映在此基础上对应模型结构的形变和应力，而当我们需要对缺陷位置详细定位或者查看叠层详细变形的时候这个功能就不能满足我们的要求了，因此需要导入另一项功能。

对于适当建模的几何体，Mechanical 提供了在结构内指定增强材料的选项Reinforcement。Mechanical 可以使用专门的增强元件对这些增强几何体进行建模。这些增强元件通过共享节点与标准结构或热但愿交互，提供额外的增强。如图所示，Mechanical 为线体（离散增强材料）和面体（弥散增强材料）提供增强规范。每个指定为增强材料的线体基本上代表在空间中任意定向的增强纤维。每个指定为增强材料的表面体基本上代表一个增强层。该增强层可以是均质增强层，也可以是具有均匀间隔纤维的增强层。

3Sherlock

如何添加 Reinforcement，需要通过另一款 Ansys 的软件 Sherlock 来配合使用，Sherlock 是一款基于失效物理模型对于 PCB 进行寿命预测分析的软件，目前是全球少数的基于 POF 的自动化设计可靠性分析软件。其原理是基于产品失效的实际物理过程，通过构建相应的数学模型，达到对于产品失效的定量化描述和评价的目的，进而辅助完成产品设计的优化、产品的可靠性增长和保障等的产品研发目的。

Sherlock 除了分析 PCB 的寿命之外还有一项特殊功能，它可以生成 PCB 每一层的叠层模型，将叠层输出导入 Mechanical 模型中，在 Mechanical 中将叠层和via孔建模为增强元件，在 Workbench Mechanical 中打开导出的模型时，将根据 Sherlock 中的设置自动应用以下属性：trace 模型的厚度、shell Reinforcement element，beam Reinforcement element 的通孔横截面以及所有相应的材料属性。流程图如下所示：

将输出的叠层与 PCB 模型结合，同时对于导入叠层模型设定 Reinforcement 单元，两者结合之后就能获取更为详细的分析结果，在此基础上我们可以更好的查看相关叠层的受力和变形情况，如图所示：

4结论

结合 Sherlock 的叠层功能，配合 trace mapping 可以更好的对 PCB 模型进行精确建模，获得更为详细的结果。

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