【Ansys Sherlock & Mechanical】PCB板走線發展

電子產業一直是台灣重點關注的項目之一,當中PCBA的分析內容,始終是大家客戶端非常看重的部分。雖說有模型、材料、邊界條件,有這三大項即可讓CAE順利執行,給的條件越接近真實就能讓分析與實務面更加地貼近。當中影響PCBA分析最大的一項因素-模型,就利用這篇案例分享,來說明現在的PCB板的建模發展。

 

簡單將PCBA拆解,可以將其分類成元件、封裝和PCB板。

 


紅色的部分是元件(component),常見有IC、電容和電阻等。

咖啡色的部分是構裝型式(或封裝或Package),常見有BGA、DIP和QFN等。

那剩下的部分就是PCB板,當中的黃色線用來表示走線(Trace),灰色跟白色分別用來區分不同層(layer)。

 


長久以來,對於走線的部分,都是各分析人員的困擾點,因為要如何正確表現走線成為最大難題。從早期的等效材料(Lump)到精細的建模(Trace Modeling)等技術,都有人在使用。可參考圖上,比對出兩者的差異,若以時間跟精準度來說,這兩種技術都是落在兩個極端值。

Lump 建模速度快且分析上使用材料條件也相對容易給定。而 Trace Modeling,則是建模時間相當長,且每個位置都需要給定其材料。若比較到精準度,當然是 Trace Modeling 因給定的條件相對詳細,得到的答案也相對精確。

 


那要怎麼在這兩種技術中取得平衡呢?

走線映射 (Trace Mapping) 應運而生,藉由讀取ECAD上的鋪銅率,將走線的分布情況映射到網格上,且同步在走線相對應到的位置給定銅的材料性質。這也是現在各大分析軟體中,主要對應走線最多的處理方式。圖上是 trace mapping 的 PCB 建置後的鋪銅率。

 


那 Trace Mapping 普及率已經這麼高,應該就不需要有新的方式去建置走線。

不,Trace Mapping 只處理的PCB板整塊的狀況,更多的分析開始往PCB內部的Via去看,那就必須回歸到使用 Trace Modeling 去做建模。可是這項技術需要花費大量的分析前處理時間,這無法跟上快速的電子產業開發周期,因此 Trace Reinforcement (走線耦合)被發展出來。如圖。

 


Trace Reinforcement (走線耦合) ,透過 Smear reinforcement 描述 Trace,Discrete reinforcement 描述 Via的兩種方式,將走線完整建置出來,如圖。

 


上述的四個技術,利用精準度與求解速度做為XY軸,以四個象限進行比較。如圖。

可以發現 Trace Mapping 與 Trace Reinforcement 技術是可以兼顧求解速度與精準度。

 


透過這篇說明,希望大家對於PCB走線的建置都能有清楚的了解。目前安博先進的團隊使用經驗(尤其是 Trace mapping 與 Trace Reinforcement 的技術應用)都相當成熟,歡迎一起來討論。也許下次小編也可以來分享一篇沒有 NDA 受限的應用。