Ansys Sherlock

大陆汽车在制造原型前的一小部分时间内测试其产品可靠性

介绍

汽车电子产品供应商正在采用最先进的半导体技术，以提高计算速度和能力，改善驾驶体验。这种方法需要热解决方案，该热解决方案由于这些设备耗散的功率而利用通过壳体的传导。这些印刷电路板（PCB）通常通过热增强粘合剂连接到外壳。虽然这种安排可能有效，但应力传递到连接到PCB的焊点中，可能会在电源循环或热冲击期间导致早期故障。对于使用球栅阵列（BGA）封装的设备尤其如此。

大陆汽车（Continental Automotive）的目标是评估三种不同的粘合剂，并确定能够提供足够导热性并使BGA能够满足汽车OEM验证要求的材料。为了优化设计过程，大陆汽车公司希望在制造物理样机之前完成此评估，并需要一种能够在这种复杂情况下准确预测焊点疲劳的工具。大陆汽车公司选择了安西斯·夏洛克由于其能够量化由于各种系统级影响（包括这些粘合剂的热机械影响）而导致的组件可靠性变化。

方法

大陆汽车公司的工程师们在夏洛克建造了一个广泛而详细的模型。此过程从导入ODB存档开始，ODB存档是ECAD软件的行业标准输出文件。在不到一分钟的时间里，夏洛克从档案中提取了完成印刷电路板组件（PCBA）的全面模拟所需的关键信息。Sherlock将这些数据归类为直观的类别，为用户提供了一个直观的审查。对于大陆汽车公司的分析，准确的部件和堆叠特性至关重要。大陆汽车公司利用Ansys的免费图书管理员服务，用热机械分析所需的机械性能填充其组件库。在建立零部件清单时，大陆汽车几乎不需要任何工作。对于堆叠材料属性，审查涉及快速目视检查，以确认Sherlock正确解析了ODB文件中的信息。

对于任何热力学研究，边界条件都是强制性的。Sherlock自动定义了这些约束，并将其显示在2D或3D查看器中进行验证。对于所有模拟运行，假设粘合剂材料完全约束PCB。粘合剂材料的特性，包括与温度相关的模量和热膨胀系数，被引入夏洛克。通常，用户可以在夏洛克相当大的图书馆中找到他们的资料。如果有不寻常的材料需要定义，Sherlock的支持团队会提供帮助。

在成功开发虚拟PCBA之后，大陆汽车公司以热曲线的形式定义了产品的可靠性度量目标和热负荷规范，其中包括PCB所经历的测试和现场环境条件。Sherlock通过建立有限元分析（FEA）模型并根据测试和现场定义对PCBA施加热负荷，完成了热机械分析。在几小时内获得了准确、详尽的结果

主要发现

大陆汽车（Continental Automotive）利用夏洛克（Sherlock）完成了在制造原型之前评估和识别优质粘合材料的目标。主要发现包括：

1.与使用其他粘合剂相比，使用这种材料时，BGA的使用寿命更长。

2.增加客户提供的现场温度曲线的热循环频率会使BGA寿命缩短一半。

3.将BGA温度升高15°C（由于组件功耗）添加到现场环境曲线中，导致故障时间更短。

利益

为什么Ansys Sherlock是大陆汽车公司的理想解决方案？大陆汽车公司在实验设计（DOE）阶段实施了Ansys Scherlock，以成功确定高效测试所需的参数。这大大缩短了总体测试时间，不仅准确测量了材料在各种热条件下的可靠性，而且预测了产品的寿命。Sherlock被证明是在测试条件下、现场环境中量化、理解和预测组件寿命曲线的理想解决方案，在比使用任何其他方法更短的时间内经历各种系统级影响。