徐志敏-PCB封装热力仿真多种建模方法原理和客户最佳实践.pdf

1、2025.Proprietary.Do Not Share.PCB封装热力仿真多种建模方法原理&客户最佳实践徐志敏Ansys Lead Engineer2025.Proprietary.Do Not Share.2Agenda电子产品结构可靠性的重要性封装PCB 建模方法及原理客户最佳实践和案例总结展望2025.Proprietary.Do Not Share.33为什么要保证结构可靠性 2014年AirAsia 航班失事2025.Proprietary.Do Not Share.4CPS结构仿真的挑战 结构复杂度芯片、封装、PCB结构复杂成千上万的电子元器件 仿真复杂度环境复杂（多物理、电热

2、力耦合）需要考虑制造因素对可靠性影响材料本构复杂封装、PCB11 层21,000 器件(包括走线和过孔)Board design from:https:/ hardware robotics platform封装电子器件585个几何结构一块封装324个焊球Anands Viscoplasticity modelR.Darveaux,“Effect of Simulation Methodology on Solder Joint Crack Growth Correlation”,ECTC 20002025 ANSYS,Inc.封装PCB 建模方法及原理2025.Proprietary.Do

3、Not Share.6封装PCB 建模方法Ansys为PCB和电子元件建模提供业界最佳解决方案，具备多层次建模方法首先将ECAD文件直接导入Ansys工具中（例如Ansys Sherlock和Ansys Mechanical）ECAD 数据网格来自ECAD中高分辨率金属分布映射基于网格的材料属性分布整版具有相同属性每层PCB具有相同属性完全3D 几何细节结构在基体网格中嵌入式面(traces)和 梁(vias)无需完整的3D走线建模即可提高准确性均一化方法Trace Mapping走线结构建立增强单元(New workflow）2025.Proprietary.Do Not Share.7Wa

4、rpageTrace Mapping业界独有的Trace-mapping技术，对PCB进行准确的材料参数定义，获取更高精度的PCB翘曲变形焊球变形焊球应力PCB翘曲将不均匀分布的Cu材料热、机械材料属性映射至简化的PCB模型导入ECAD文件，读入每层电路的Cu含量、位置数据2025.Proprietary.Do Not Share.8Trace Mapping材料属性计算红框中x方向等效杨氏模量-Series combinationGrid中x方向等效杨氏模量ECAD离散后Grid材料属性平面方向计算方法XY2025.Proprietary.Do Not Share.9Trace Mappin

5、g材料属性计算ECAD离散后Grid材料属性厚度方向计算方法-Parallel combination参考论文:Electronic PCB and Package Thermal Stress Analysis=+（1 ）Grid中z方向等效杨氏模量XYZ2025.Proprietary.Do Not Share.10Ansys Mechanical增强单元操作分析流程Ansys Sherlock导出走线、过孔及PCB和其它器件 Sherlock Discovery Mechanical复杂电子产品器件建模及分析Ansys Discovery Modeling模型处理 Ansys Mecha

6、nical为走线和过孔设置增强单元及求解Ansys Mechanical后处理增强单元流程Sherlock自动输出走线过孔结构，对PCB封装进行准确建模，获取更高精度的可靠性结果2025.Proprietary.Do Not Share.11增强单元原理1 创建Base element2 创建MESH200 element 对应的增强结构界面 临时占据增强结构的位置3 求解时生成增强单元 Reinf264 for 线体 Reinf265 for 面体增强单元模型Discrete ReinforcementSmear Reinforcement2025.Proprietary.Do Not Sh