【Ansys Sherlock】找到PCB上關鍵參數提升可靠度
PS若想簡單快速了解 Ansys Sherlock 當中的PCB板疊層資訊,記得去看看”Sherlock在PCB板功能說明”。
透過 Ansys Sherlock 讀入 ECAD,如 ODB++ 或是 IPC2581,這類完整的檔案格式。除了元件與封裝的資料庫,可自動帶入外,疊層資訊當然不會需要使用者自己慢慢輸入。
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常見的PCB板材結構,組成由 Cooper Foil(銅箔層)、Reinforcement (或稱為Construction,中文多翻譯為補強材)、Epoxy (樹脂)等三種。後續因應無鉛製程發展,多加入了 Fillers (填充材)用來提高PCB的耐熱性。
Reinforcement 可以有效提高PCB材料的結構強度,且具備高耐熱性和耐化學性,對水分敏感度低,並有電絕緣體的優點。從下圖(側視圖),可以發現 Reinforcement,必須用兩個箭頭代表。
從視圖來看,至少就有各種不同的編織法,那就會有不同的結構強度。
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圖為現有PCB常用的三種編織法,並不同編織法有對應的產品號。
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當需要分析的產品,採用到相關的料號時,Ansys Sherlock可以支援這樣的編織料號,對應到的材料參數也會不一樣。那要怎麼設定呢?
需要點擊圖的Stackup資訊層,進入到Laminate層(絕緣層)。
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圖為在Ansys Sherlock的Laminate設定畫面。
當中有三個很重要的參數,Laminate Material/Construction/ Conductor Material/Percent。
可以透過選擇Construction,進行Reinforcement的編織形式的設定。
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這次的案例中,就是要用這個construction進行討論。
選用1080/2116/7628,進行可靠度的比對。
設定如圖,只變更Construction形式,且所佔的比例均為該形式中最小值(1080-55%;2116與7628均為42%),Fiber Material維持E-glass。
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圖為 Solder Fatigue 分析下的壽命曲線。
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圖為Solder Fatigue分析下的各元件的TTF值。
以U1為基準,料號為 1080的TTF=19684(cycles),2116與7628這兩種料號的TTF=3371(cycles)。
以R1為基準,料號為 1080的TTF=6228(cycles),2116與7628這兩種料號的TTF=12228(cycles)。
由此可知,在這此電路板的 Solder Fatigue 分析,在LCCC(無引線陶瓷封裝載體)封裝比起CC封裝更容易受 Construction 影響。
補充說明:
Solder Fatigue分析項目,受最高溫度、最低溫度、最高溫度下的停留時間、元件設計、元件材料特性、焊點幾何形狀、焊點材料、印製板厚度和印製板面內材料特性的影響。Sherlock 使用應變能計算失效時間,這需要確定施加的力、應變範圍,然後根據導出的應變能推斷失效週期。
延伸說明:
Ansys產品下有個材料專業軟體,Granta,目前也有支援輸出材料到Sherlock囉~