万博用于预测焊锡球热应力疲劳的Ansys Sherlock

介绍

电子产品在汽车领域的应用越来越多。主动和被动安全系统、电力推进以及半自动和全自动驾驶汽车等创新都对这一增长做出了贡献。然而，汽车设计师仍然必须坚持相同的尺寸和包装限制，以确保车辆的尺寸和重量不增加。正因为如此，人们一直在推动电子元件和封装的小型化，同时提高性能。

大陆汽车公司就是面临这种需求的一个例子。大陆集团在其产品中越来越多地使用球栅阵列(BGA)组件和高密度互连(HDI) FR4板印刷电路板组件(PBCA)，其中组件紧密地放置在PCB的两侧，以确保最有效地利用电路板空间。这些变化并非没有问题，大陆集团已经注意到由于焊料疲劳，焊点存在额外的可靠性问题。因此，预测这些故障的能力至关重要，使大陆公司能够通过改变设计来避免这些故障。

目前，预测高周疲劳(振动)焊料和铜引线的能力可以使用矿工规则来完成。然而，由于热循环，预测低周疲劳的能力是必需的。大陆集团选择通过雇佣万博Ansys夏洛克为他们的电路板和组件建模。Sherlock对于这个项目的关键优势是它能够快速建模和运行多个迭代，最小化热循环和冲击验证测试，确定应力/应变的最大贡献者，并允许改变布局。

方法

为了开始对《神探夏洛克》的分析，大陆公司的工程师将Zuken的odb++文件导入到《神探夏洛克》中。Sherlock能够快速读取该文件中的所有信息，并生成具有完整堆叠数据、所有组件和安装条件及其位置和材料特性的代表性板。该板具有一些镜像BGA组件，其中板的BGA位于板的顶部和底部的相同位置。板的两侧也有保形涂层应用，夏洛克建模使用可用的盆栽功能。

Sherlock毫不费力地对单个组件进行了高度详细的建模，包括对BGA上的每个焊接球进行建模，以确保即使是很小的焊接疲劳故障也能被捕捉到。这是通过使用内置的包管理器来完成的，其中包含许多常见的行业包，并附有如何对它们进行最佳建模的说明。对于非标准组件，用户可以将这些属性输入到包管理器中，Sherlock仍然能够准确地对它们建模，并保留这些信息以供将来使用。

欧洲大陆的工程师定义了电路板的生命周期，其中包括振动、温度和冲击载荷。工程师还定义了生命周期目标和可接受的故障率和时间。该板在稳态条件和(-40)˚C至127˚C的循环温度下建模。

在确定了电路板、组件、边界和加载条件后，Sherlock使用热机械条件对PCBA进行了分析。一旦得到这些结果，就对电路板进行了修改和改造，以消除镜像bga。相反，bga被移动了，所以它们都在棋盘的同一侧。然后在相同的条件下重新进行热力学分析。

重要发现

使用Sherlock, Continental确定了板在热循环时的预测寿命。具有高度详细的建模组件的能力提供了更准确的结果。Sherlock分析的初步结果表明:

• 与未镜像的板相比，镜像组件确实会影响板的预期寿命，并导致更高的故障概率。
• 保形涂层也会增加失效的概率。然而，一些不同的因素，如组件和位置，会影响这种效果。工程师需要进一步研究以充分了解保形涂层的影响，因为涂层、厚度和涂层部件都可能对最终的失效概率产生影响。

优点:为什么Ansys S万博herlock是大陆汽车的理想解决方案

大陆集团在设计验证阶段实施了Sherlock，以研究镜像组件和保形涂层在低周疲劳(热循环)下的影响。Sherlock以PoF曲线的形式生成结果，使工程师能够了解其pcba的预测寿命。如果他们要构建和测试样本，那么获得这些结果的时间比传统上要短得多。由于在设计阶段使用了Sherlock，大陆公司的工程师们能够使用这些结果来修改他们的电路板，以获得更好的设计，并确定需要进一步研究的领域。Sherlock在开发早期阶段识别问题的能力加快了消除有缺陷的设计的过程，并有助于避免未来的复杂情况。