【Ansys Sherlock & Mechanical】 PCBA Solder網格密度對Component失效時間之影響
以下分享網格收斂性的測試結果,研究參數為BGA中solder ball網格尺寸,觀察結果為component失效時間,測試條件為隨機振動。
.png/1(3)__600x452.png)
Ansys版本為24R2,測試模型選用公開的範例模型。使用Sherlock建立分層的PCB模型,且每層皆用trace reinforcement技術,來描述走線分布資訊。開啟中間2顆大的component下的solder,其接合形式為BGA。並透過discovery modeling (spaceclaim) 加入簡易底座,作為施加隨機振動條件的結構件。
.png/2(3)__277x480.png)
接續透過Mechanical建立網格模型,將BGA solder的元素尺寸作為研究參數,分別建立了3個大小 : 1顆元素、8顆元素、64顆元素。
.png/3(3)__600x325.png)
隨機振動的邊界條件,施加於結構件的2側,振動方向為Z軸。使用Mechanical求解器進行有限元素分析,計算出應變數值。
.png/4(3)__340x480.png)
最後,將Mechanical產生的結果檔回傳給Sherlock,讀取PCB、component、solder的應變數值,進行可靠度分析。藉由觀察lead結果,可了解每顆solder的應變值、損傷值、失效時間。
首先,比較整體lead的結果,應變值、損傷值皆以1顆元素最大,64顆元素最小;而失效時間,以1顆元素最短,64顆元素最長。
接著,統一比較lead ID 625的數值,因有2顆component (編號U9、U10),所以會出現相同的lead ID。
-
應變值1顆元素為403.14 e-6、8顆元素為336.22 e-6、64顆元素為322.55 e-6。前2者相差19.9%,較為明顯;後2者相差4.2%,較為接近。
-
損傷值1顆元素為1.7、8顆元素為0.5、64顆元素為0.37。前2者相差240%,差距不小;後2者相差35.1%,差距較小。
-
失效時間1顆元素為2.9年、8顆元素為10.1年、64顆元素為13.5年。前2者相差248.3%、後2者相差33.7%,與損傷值的差距相似。
.png/5(2)__600x359.png)
總和以上1、8、64顆元素的模擬結果,網格越粗所得到的應變越大;推算出的損傷值也越大;失效時間則越短。當網格加密至8顆元素時,應變即降低約20%,推算出的損傷值則大幅降低240%,失效時間增加約250%。將網格再加密至64顆元素,應變再降低約4%,推算出的損傷值降低約35%,失效時間增加約34%。雖然獲得的結果仍有變動,但需付出更多時間來計算有限元素分析、可靠度分析。