Abaqus在電子行業(yè)中的應(yīng)用

2016-12-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

電子行業(yè)是有限元分析應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。隨著全球電子工業(yè)的飛速發(fā)展,電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)愈來愈精細(xì)、復(fù)雜;市場競爭要求電子產(chǎn)品在性能指標(biāo)大幅度提高的同時(shí),還要日趨小型化。電子產(chǎn)品跌落、新型電子材料的研發(fā)和制造、音頻設(shè)備聲場特性的設(shè)計(jì)和評估、電子產(chǎn)品的熱力仿真、芯片封裝的熱分析等的力學(xué)仿真是電子領(lǐng)域中很深入、復(fù)雜并極具挑戰(zhàn)性的課題,需要多門學(xué)科的理論和方法的綜合應(yīng)用。針對電子領(lǐng)域關(guān)注的各種線性、非線性、熱力耦合,濕熱耦合,跌落、開裂等力學(xué)問題Abaqus有針對性的提供了相應(yīng)的有限元分析解決方案。Abaqus的有限元分析能力已經(jīng)被全球各大電子生產(chǎn)和設(shè)計(jì)單位所檢驗(yàn)并得到了廣泛的認(rèn)可。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的電子企業(yè)都是Abaqus軟件的重要用戶。下邊介紹幾種Abaqus中的電子行業(yè)的應(yīng)用案例。

Abaqus中PCB擴(kuò)展模塊

隨著PCB設(shè)計(jì)的不斷復(fù)雜,急需提出有創(chuàng)新、高效的算法。由SIMULIA南部區(qū)域工程師創(chuàng)建的PCB建模擴(kuò)展模塊,可高效的進(jìn)行PCB的建模以及物理性質(zhì)的仿真計(jì)算,從而縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期并且降低了原型成本。PCB建模擴(kuò)展模塊與Abaqus/CAE完全結(jié)合在一起,基于廣泛應(yīng)用的IDF(中間數(shù)據(jù)格式)技術(shù),自動(dòng)導(dǎo)入PCB幾何模型并劃分網(wǎng)格?？墒褂枚喾N過濾器來控制幾何模型的建立,如導(dǎo)入元件的尺寸以及預(yù)包含鉆孔的直徑。如果IDF數(shù)據(jù)不可用,可通過PCB建模器手動(dòng)定義板及元件的幾何模型。下圖為PCB幾何建模。

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結(jié)構(gòu)/強(qiáng)度分析

Abaqus強(qiáng)大的線性和非線性功能非常適合大型電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)分析,如增強(qiáng)的接觸模擬功能,采用面面接觸算法,可以考慮殼厚度、靈活的TIE約束、方便地施加螺栓預(yù)緊力、自動(dòng)接觸穩(wěn)定性控制,防止剛體位移導(dǎo)致的不收斂、弧長法做結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的屈曲分析、結(jié)合線性模態(tài)動(dòng)力學(xué)(包括自振頻率提取,模態(tài)動(dòng)力學(xué),基于模態(tài)和直接積分的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,隨機(jī)響應(yīng)分析,響應(yīng)譜分析)和顯式非線性動(dòng)力學(xué)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、沖擊、破壞等動(dòng)力學(xué)模擬。下圖為硬盤支架強(qiáng)度分析。

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多體動(dòng)力學(xué)分析

Abaqus提供的多體動(dòng)力學(xué)分析功能為機(jī)械設(shè)備的操縱和傳動(dòng)系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)過程模擬等提供了強(qiáng)有力的工具。在此基礎(chǔ)上,作為功能強(qiáng)大的有限元分析軟件,Abaqus還可以對結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中的變形和應(yīng)力分布情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的模擬和分析。截止到目前,考慮非線性的機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)耦合分析功能仍然是Abaqus所獨(dú)有的。下圖為相機(jī)鏡頭旋轉(zhuǎn)分析。

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熱性能/熱傳導(dǎo)/熱應(yīng)力分析

由不同材料組成的封裝組件在溫度變化的環(huán)境下會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,導(dǎo)致封裝失效。Abaqus具有強(qiáng)大的熱固耦合分析功能,包括:穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析,順序耦合熱固分析,完全耦合熱固分析,強(qiáng)制對流和輻射分析,熱界面接觸,熱電耦合等等?？梢远x從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復(fù)雜材料模型,來模擬金屬、聚合物、復(fù)合材料等電子材料的熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。下圖為PCB熱應(yīng)力分析圖。

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機(jī)械沖擊/跌落測試模擬

跌落和碰撞問題一般需要采用顯式動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行求解,考慮裝配預(yù)應(yīng)力的跌落和碰撞分析需要結(jié)合隱式和顯式的方法進(jìn)行求解。Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中均提供10結(jié)點(diǎn)的修正四面體單元,模擬接觸問題精度很高,并且兩個(gè)求解器的模型可以無縫轉(zhuǎn)化,這樣為進(jìn)行沖擊和跌落分析提供了一種快捷、精確的方法。所以世界上重要手機(jī)和汽車生產(chǎn)商如摩托羅拉、諾基亞、寶馬等都首選Abaqus作為跌落和碰撞分析的求解器。下圖分別為臺式機(jī)箱的沖擊仿真。

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優(yōu)化設(shè)計(jì)和壽命分析

FPC是手機(jī)中比較容易發(fā)生破壞之一,為破壞分析更加準(zhǔn)確,算例結(jié)合FPC的實(shí)際結(jié)構(gòu),應(yīng)用雙層層結(jié)構(gòu)來模擬FPC模型,材料模型選用五層二維各向異性層材料模型,并在層材料上采用分區(qū)處理以更加準(zhǔn)確的模擬FPC的銅線層,分析結(jié)果如下。