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印制电路板模型建立与优化
作者：吕俊杰
来源：《电子技术与软件工程》2017年第05期
摘 要 在振动环境下工作的电子产品，焊点的失效原因往往是板上处于高应力位置的焊点发生断裂，如何知道印制板上哪些区域属于高应力区，这些区域为什么应力会很高，如何解决焊点断裂失效，这些都是工业界目前遇到的实际问题。通过对电路板组件进行有限元仿真分析，分析动力学特性、随机振动相应特征，建立仿真模型。同时通过开展各种实验，完成该板的模态分析、响应分析、以及应力分布的分析。将这些分析与建立的模型对比、修正、拟合，使该模型成为准确度较高的印制板仿真模型，并应用到实际的电子产品中，从而提高了产品的可靠性，加速研发进度，节约成本。 【关键词】有限元 建模 仿真优化 可靠性
通过两个方面完成印制板的模型建立及焊点的应力分析。
（1）建模。搜集所需建立对象物理参数、载荷谱等数据。采用有限元分析方法对特定印制板进行结构建模，并分析动力学特性、随机振动相应特征，给出结构模态分析结果。 （2）模型修正。开展各种实验，对实际电路板的应力分布展开研究工作，完成该板的模态分析、响应分析、以及应力分布的分析。将这些分析与建立的模型对比、修正、拟合，使模型能够准确反映实际板的应力分布情况。 1 模型建立
PCB上安装四个大质量的器件，在振动时，由于应力导致背面元件焊点的断裂，通过有限元建模，分析印制板上的应力分布，见图1。
建立模型大致分成4个阶段。首先根据提出的问题，针对PCB收集相关资料，如材料机械性能及几何条件、外力、边界条件等；第二，建立有限元模型的前置处理（Preprocessing）阶段，如对材料性质确定、几何形状的定义，元素的切割等，然后添加边界条件，添加负荷条件，添加时间变化情形等。第三，对模型进行分析，并对建立的模型进行后置处理
（Postprocessing），如结果的显示和打印等。至此，初步的有限元模型基本建立完成。第四，与试验结合起来对分析结果进行判断、修改模型、提出改进方法，最后得到最准确的模型，从而为问题解决和最佳设计提供依据。在建模中，前、后处理软件分别采用MSC-Patran，分析软件MSC-Nastran。建立的模型见图2。 2 优化模型后比较
初步的模型进行计算修订后，确认模型的准确性和适用性。
印制电路板模型建立与优化
