【Ansys Sherlock】提升 PCB 良率關鍵
因此對於各製造PCB廠商製程的良率是越來越難提升，許多公司都想導入分析成為開發的一部分，Sherlock是一套針對電子產品可靠度的分析軟體，那PCB純板呢?能否進行分析呢?讓我們利用這篇技術文件來細說Sherlock在PCB純板的應用。
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先從PCB板分類方式開始說起，材料區分有機/無機，成品軟硬區分為硬板/軟板/軟硬結合板，也可以結構層數區分單/雙/多層板。細項分類如圖所示。
常見材料有FR-1，FR-2(電木板)，FR-4(主流基材)，還有PTFE(鐵氟龍基板)，Alumina(陶瓷基板)，Aluminum(鋁基板)，CEM系列等。
- FR-4，非一種材料名稱，而是一種材料等級。多數是以四功能環氧樹脂加上填充材(Filler)及玻纖所做出之複合材料。透過修改組成比例，即可有效提高Tg(玻璃轉換溫度)。
- PTFE，主要被廣泛應用高頻PCB，其頻率通常高於5GHz。
- Alumina，與傳統FR-4不同之處，材料的熱膨脹係數更接近半導體元件，並具備高耐熱能力，尤其適用於高發熱量的產品(高亮度LED等)，加工性好，尺寸精度高，容易實現多層化。
- Aluminum，具備良好的導熱性、電氣絕緣性能和機械加工性能。尤其在LED和電源轉換電子產品應用最多，因LED發出強光時會高熱量，可以透過鋁基板將熱量直接帶走，進而延長LED元件的使用壽命。但多層鋁基板相對較難製造。
硬板，一直都是PCB板中的主流，這幾年由於製程的改善，進而產生HDI(High Density Interconnect)，透過微盲埋孔技術，可做成一種線路密度更高的PCB板，並利用雷射進行鑽孔得以讓trace在不同層進行連通。優點是可以大幅增加PCB電路板可用面積，使得產品盡可能的微型化。除了製程上的差異，HDI板與普通PCB板的區別在於HDI板的過孔有盲孔或埋孔，而普通PCB板，則只有通孔使各層線路內部實現連結。
而類載板SLP(Substrate Like PCB)，是HDI板規格接近IC封裝用載板的等級，PCB板上的線寬/線距為30/30um間(HDI板為40/50um)。
IC載板，主要功能做為載體去承載IC，並利用IC載板中的電路做為連接IC晶片與PCB板的訊號傳遞。目前材質多為BT、ABF、EMC三種。製程與PCB板接近，但技術門檻，要遠高於HDI電路板和普通PCB。IC載板可以理解為高階的PCB，具有高密度、高精度、高腳數、高性能、小型化及薄型化等特點，在多種技術參數上都要求更高，特別是最為核心的線寬/線距參數。
以上所提的，IC載板、SLP、HDI和普通PCB板，目前技術比較如左表。
那，軟板呢?
在現代產品追求輕薄短小的需求下，軟板的需求相當龐大。最常應用在智慧型手機等通訊用品，當中手機的使用比例佔整體軟板的40%。軟板(Flexible PCB)，由塑膠底膜、銅箔及接著劑貼好一體化而成，具有可自由彎曲、纖薄輕巧、精密度高且可具備多層電路。主要材料為PI(性能太差已被淘汰)、MPI(改質後的PI)和LCP，LCP性能最佳但價格高，多用在高頻產品，MPI多用於中低頻產品。
在電子產品中，採用軟板可讓組裝尺寸及重量減少，極大化FPC的可靠度與耐久性，也可直接黏附到結構件上，減少線夾和其固定件，這些優點讓軟板的應用十分廣泛。但，軟板製程相對硬板製程複雜。
這麼多種PCB板，不管從製程、尺寸或是結構層數，透過Ansys Sherlock讀入Ecad檔案(ODB++或是IPC2581格式)，只要從Sherlock的資料庫中(各家大廠所生產的PCB板材質，超過400筆，從FR-4到無機材料的銅基板等)正確定義疊層(laminate)材質，PCB純板的分析都能輕易做到。
如左圖，FR-4(Sherlock就有超過200筆可選)所能支援的製造商就有Hitachi、Isola、Doosan…等，讓分析材料從一開始就與實際生產的PCB材料相同，分析會更有參考性。
PTH Fatigue都能透過Sherlock進行分析，得到壽命曲線。
延伸說明~更可以將 Ansys Sherlock 當成跳板，轉出 MCAD 檔案或是 Workbench 檔案，利用 Ansys Mechanical 進行更多的製程分析。