【Ansys Sherlock】2023R1 熱力學分析重大更新

Sherlock是一套針對電子產品可靠度的分析軟體,為元器件、電路板和硬體系統提供快速、準確的壽命預測。在PCB方面,熱的問題高居失效因素當中第一名,以往在Ansys Sherlock的熱力學分析,在2023版本以前僅考慮均勻溫度問題(即無法有傳導分析),在2023R1所釋出的版本,已正式加入傳導分析!就讓這篇案例分享來說明如何操作。

 

Ansys Sherlock的Thermal-Mech分析,主要是用來分析不同部位的CTE所造成的機械應力值,且能考慮外部負載(如固定條件)所引起的風險。

(圖片來源SEMI-ANALYTICAL FATIGUE LIFE MODEL FOR RELIABILITY ASSESSMENT OF SOLDER JOINTS IN QFN PACKAGE UNDER THERMAL CYCLING)


(a)圖為低溫下的變形情況,(b)圖為高溫下的變形情況

(圖片來源SEMI-ANALYTICAL FATIGUE LIFE MODEL FOR RELIABILITY ASSESSMENT OF SOLDER JOINTS IN QFN PACKAGE UNDER THERMAL CYCLING)


由於CTE值不同,PCB板與元件的變形因此會不同,當中的拉扯主要透過solder joint負責承擔。

 

在2023R1以前版本,Thermal-Mech分析結果部分,僅能呈現變形、應力與應變分布值,主要因素是不考慮各部件之間的傳導現象。


在2023R1,開始支援不均勻溫度的分析(即傳導分析)。透過方式,如左,先加入額外的溫度項目csv檔(或是可給png圖檔),並將其加入到初始條件中,讓每個元件的溫度差都不一樣。


要考慮傳導現象,只需要在求解時勾選use part temp rise=yes,即可。


檢視3D result,可以看到左邊選項區多了TM Temperature,點下溫度循環下的最高溫狀態時(65度C),並微調一下scale顯示,可以發現每個元件具備所設定溫度,且有溫度傳遞的現象。


比較結果發現(如左),可以發現考慮傳導現象之後的元件變形量與應變值(Delta Strain),會有所差異的原因如下:

A組(沒有考慮傳導現象)的影響因素為,CTE值與固定的條件下的差異。

B組(考慮傳導現象)的影響因素則多了溫度傳遞因素。

Ansys Sherlock同時保留這兩種分析設定,可協助客戶在初期設計階段更快了解,在熱循環下工況,PCB的變形與應變值。


新版的Ansys Sherlock有加入Rjc與Rjb兩個項目,讓使用者再轉檔到AEDT時可以直接套用!

 

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