Moderní simulace desek plošných spojů

Pokud jde o spolehlivost desek plošných spojů (anglicky PCB – printed circuit board), existuje několik věcí, kterých si designér musí být vědom. Spolehlivá deska plošných spojů musí plnit svoji funkci během různých podmínek, které je třeba vzít v úvahu již během fáze návrhu. Kromě toho se hustota propojení zvyšuje, takže obecná pravidla pro návrh jsou nedostatečná. Tyto důvody vedou designéry k většímu spoléhání na simulace, aby zjistili, jestli design splňuje očekávání.

 

Hlavní jevy ovlivňující spolehlivou životnost osazených desek plošných spojů, lze rozdělit podle fyzikálního působení na elektrické, teplotní a mechanické. V reálném světě jsou tyto jevy většinou provázány. Typickým příkladem mohou být elektrické Jouleovy ztráty generující teplo, které vede ke zvýšení teploty vedoucí k mechanické deformaci.

 

   

Obrázek 1: Výsledky únavy teplotního cyklu (vlevo) a mechanického šoku(vpravo)

 

Další problémy mohou být pouze elektrické, jako je malá šířka mezi spoji vedoucími k přeslechu nebo výhradně mechanické, jako je například pád osazené PCB, což může vést k prasklinám v pájených spojích nebo struktuře samotné desky plošných spojů. To, co tyto problémy spojuje, je to, že každý z nich lze velmi dobře popsat, a tedy simulovat.

 

Obrázek 2 Integrace Ansys Sherlock mezi další nástroje

 

V minulosti Ansys nabídl elektromagnetické analýzy PCB v SIwave nebo HFSS 3D Layout, teplotní simulace v nástroji Icepak a mechanické úlohy v Mechanical modulu. V současné době existuje Ansys Sherlock, což je nástroj pro analýzu spolehlivosti fyziky (RPA) pro elektroniku, který může pracovat společně s dříve zmíněnými nástroji.

Jedním z hlavních důvodů, proč používat Ansys Sherlock, je to, že dokáže rychle a přesně předpovědět selhání produktu v rané fázi návrhu. Designér za pomocí Shelocka dokáže zmírnit tepelná, mechanická a výrobní rizika.

Tvorba modelu z ECAD nástroje do konečnoprvkové analýzy (FEA) je hotové během několika minut, Sherlock umožňuje demokratizaci FEA, což znamená, že analýza konečných prvků je přístupná všem i uživatelům, kteří nejsou odborníky. Hlavní a nejužitečnější částí Sherlocka jsou předpovědi životnosti elektronického hardwaru doby do poruchy. To je důvod, proč by měl být Ansys Sherlock implementován jak do počátečního výběru dílů, tak do počátečního umístění dílů. Samozřejmě i pro ověření jakékoliv změny ve výběru nebo umístění součástek.

Použitelnost Ansys Shelock je mezi uživateli vysoká, designér hodnotí návrh z hlediska kompromisů mezi použitými technologiemi ve spolehlivosti, strojní inženýr může rychle vytvářet inteligentní 3D modely a přeměňuje výsledky termomechanického napětí na předpověď životnosti, zkušební inženýr může simulovat relevantní podmínky a potvrzovat úspěch testu ještě předtím, než dojde k jeho uskutečnění a odborník z výroby může kvantitativně vyhodnotit riziko selhání po osazení.

Figure 3: Křivka času do porušení

Mezi nejběžnější funkce, které Shelock nabízí, patří modelování chladičů, únava prokovů, mechanické rázy, vlastní frekvence, náhodné vibrace, harmonické vibrace, únava pájeného spoje na desce nebo na úrovni systému, tepelné snížení výkonu, vodivé anodické vlákno (CAF), únavové snížení kapacity kondenzátoru a také uzamčený model IP pro sdílení modelu se zákazníky. Mezi pokročilé funkce nástroje Ansys Sherlock patří modelování pottingu, konformní povrchové úpravy, underfiul, stakingu, ohebnosti, ohýbání pro posuny a mechanické napětí, trace modelling, stárnutí a opotřebení integrovaných obvodů.

Díky těmto funkcím zakomponovaným v jednom nástroji mohou inženýři činit lepší návrhová rozhodnutí za kratší dobu a bez hádání rychle ověřovat pomocí co když (what-if) analýz. To vede k úspoře času na vývoj a ověřování, protože potenciální poruchy jsou identifikovány mnohem účinněji.

 

Reference

[1]    Ansys Mechanical Technical Notes, Ansys, Inc., 2020.

[2]    Ansys Sherlock Technical Notes, Ansys, Inc. 2020

 

 

Hotline:

 

Sledujte nás:

facebookyoutubelinkedin