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即将直播:芯片封装及PCB翘曲仿真方法与案例(4月29日)

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导读:自“芯片荒”出现以来,半导体行业进入了前所未有的风口,对芯片的需求也转化为对芯片人才的需求。截至目前我国有约51万人从事半导体行业,到2022年,半导体从业人员规模有望达到74万左右。全国每年集成电路专业毕业生约3万人左右,全国集成电路人才缺口近30万人,缺口极大。
众所周知,芯片行业的准入门槛很高,对于一些技术研发类的岗位,学历都是从硕士起步。而高校芯片行业的人才培养周期也相对较长,由于芯片行业的相关设备昂贵,许多领域还涉及保密问题,学生难以获得足够的实践机会,而且芯片行业属于资本密集型,需要不断烧钱,应届生正式进入工作岗位后,一般还需要经历4、5个芯片项目周期,每个周期半年到两年,此后才能开始“独当一面”,想要走入更高技术层次,又需数年时间。
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清华校长邱勇在纪念微电子所成立四十周年仪式上发言


大力发展集成电路职业教育,解决芯片人才短缺的当务之急。作为研发工程师职业技能提升的优秀平台-仿真秀,自2020年以来一直致力于芯片封装仿真技术优质内容沉淀,发布芯片封装仿真多套精品课,并努力为芯片企业提供专业仿真技术支持和服务。例如机械专业学子的芯片封装仿真“逆袭之路”,邀请芯片企业资深工程师分享芯片研发工作中积累的宝贵经验,此外仿真秀平台持续为国内优秀芯片企业高薪内推仿真工程师。又如自动驾驶芯片独角兽40W内推Layout工程师,此外还邀请行业技术专家公开直播等。

2022年4月29日20时,由中国水利水电出版社和仿真秀主办的《2022汽车仿真设计学习月》将邀请技术专家带来芯片封装仿真公开课,详情见后文(点击图片可以回看)

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一、芯片/PCB板可靠性分析流程

ANSYS具备专用PCB可靠性分析工具Sherlock,可帮助设计人员仿真现实条件,为PCB板和封装进行准确建模,从而在设计早期阶段预测产品电子故障,掀起电子设计与可靠性仿真的行业革命。作为采用物理方法进行可靠性评估的唯一工具,Sherlock不断创新并提供强化功能,且并入ANSYS平台集成更多物理应用,让用户能够实现管理今日电子产品迫切需求的电路板、组件和系统的复杂分析工作。


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标准的PCB可靠性牵涉到焊点疲劳分析、热/机械分析、冲击/震动分析、金属化通孔(PTH)疲劳计算、电路层短路及PCB/BGA基板堆栈分析等;其基础设置流程如下:
基本流程:
ANSYS Sherlock: 
  • 汇入电子器件模型(包含ECAD/Components)

  • 汇入或建立其它器件模型 (step)

  • 产生Trace面型 (step)

  • 产生wbjn及py格式档案 (串接Workbench)
ANSYS Workbench:
  • 选择Engineering Data    (拖到工作平台)

  • 读入wbjn格式档案 (启动)

  • 从wbjn读入py及step格式档案

ANSYS SpaceClaim:

  • 启动ANSYS Spaceclaim并读入相关三维模型

  • 建立三维体的拓朴关系 (PCB上对应器件)

  • 建立电路图层壳体(Shell)元素关系

ANSYS Mechanical:

  • 设定/选取对应材料属性
  • 设定接触关系 (Contact)
  • 设定边界条件 (Boundary Conditions)
  • 设定静力条件 (Loading)
  • 求解及后处理

如下完整的分析流程概图:

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、基于Sherlock 芯片/PCB板分析

利用ANSYS专用于PCB仿真工具Sherlock读入电路图(Trace):

通过ANSYS Sherlock可以简单且轻松的处理Trace模型,之后同步串接到ANSYS Workbench中,如下,右键Generate Trace Model,从外部模型读入各种格式的Trace/Layout;若有很多层Trace,可进行连续读入。


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当Trace档案顺利读入ANSYS Sherlock后,右键Analysis选择Export Trace Reinforcement Model,便可将Trace相关模型串接到ANSYS Mechanical;同时把其它PCB器件三维模型也转出给ANSYS Mechanical。


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从ANSYS Sherlock来的Trace是一个壳(Shell)结构,可定义厚度及选取将要计算的物理模块。

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ANSYS Mechanical中完整的模型包含如下显示出来的三维器件模型及Trace (Shell),即可接续定义各方面材料属性,如Trace给予Copper Alloy。

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Trace的部分包含许多层,也包含绝缘层及via孔等,可通过单击Trace层(包含各层信息)开启Worksheet进行调整各层厚度及定义材料(若有错误的话可进行调适)。

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对三维模型及Trace壳单元进行网格划分。


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设置接触关系,特别是Shell的部分要将Thickness effect打勾。


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设置拘束条件:


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设置回流焊过程条件(温度变化线):ANSYS Mechanical可按照详细回流焊温度变化线作设置,对应材料也需要设置为温度变化关系;经回流焊过程或降温完成后的结果,皆可抽出数据做检视与对比。

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三、我的公开课

通过Sherlock与ANSYS Mechanical结合,甚至与Icepak耦合等便利性,可很快速且有效地完成芯片/PCB板上的各类问题,达成设计控制及优化。4月29日20时,笔者受邀在中国水利水电出版社和仿真秀平台主办的《2022汽车仿真设计学习月》第六讲讲座分享《芯片封装及PCB翘曲仿真方法与案例》感兴趣的朋友可以提前报名,一起交流技术经验,以下是我的讲座安排:


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注:汽车仿真学习包资料持续永久免费更新,欢迎分享海报到朋友圈,截图发给仿真秀平台任意小助手还可领取力学与有限元学习包一个,并邀请加入学习型汽车工程师交流群和企业研发工程师岗位内推群。


(完)


作者曾家麟   中央大学机械工程博士,仿真秀专栏作者,莎益博仿真团队技术总监,加拿大国研院计算中心访问学者/西门子流体仿真顾问 ,从事ANSYS CAE/CFD仿真计算17余年。曾博士的线上代表作品—《ANSYS CFD从入门到精通,搞定流体仿真之建模设计、网格划分、从求解计算和后处理》
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首次发布时间:2022-11-17
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