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PCB组件动态分析PCB打样

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2020-04-02 09:50    浏览量:
PCB组件动态分析PCB打样
 
   对于航空电子设备,由振动和冲击引起的故障会大大降低其可靠性,并带来极为严重的后果。 PCB在航空电子设备的振动实时测试中也经常出现。通过对PCB组件的动态分析和设计,可以有效降低环境测试失败的可能性,并提高航空电子产品的可靠性和质量。
   动态分析基于动态特性分析。可以通过动态特性分析来建立PCB组件的动态模型。只有建立准确的动力学模型,才能有效地进行动力学分析。为此,本文尝试使用有限元分析(FEA)和实验模态分析(EMA)的预测试分析技术对航空电子设备的PCB组件进行动态特性分析(如图1所示),建立了PCB元件的有限元动力学分析模型。
 
1.有限变质分析
   作为一种成熟的数值分析技术,有限元分析技术(FEA)被广泛用于电子设备中PCB组件的动态特性统计分析。此外,FEA可帮助工程师设计更可靠的PCB组件,以在设计开始时预测潜在的故障和疲劳。本文以航空电子设备的PCB组件(图1)为研究对象,其外形尺寸(长x宽x厚)为133.5mm x 79mm x 1.8mm,通过螺钉固定在电子设备的外壳上PCB的四个角。 pcb组件的外形尺寸和固定方式在尺寸和固定方式上都与所需的标准测试PCB相似,只是它们的厚度略厚。组件和插件通过表面贴装技术(SMT)和PCB组装在一起,其中组件主要以BGA,QFP和SOP封装。
 
2.有限元分析模型
   表1中显示了组成目标PCB组件各个部分的材料物理性能参数。基于PCB组件的几何信息和相关的材料信息,在ANSYS中建立了有限元分析模型(图2)。 。因为结果是PCB组件整体显示的动态性能数据,而不是组件本身的详细数据,所以在构建模型时简化了组件和插件。具体来说,使用矩形和正方形块来模拟组件,并使用它们的近似形状来模拟插件。有限元分析模型的各部分使用三维实体单元(SOLID187)进行网格划分(使用实体单元进行网格侵入),尽管计算量有所增加,但是从CAD到CAE的模型的工作量很大减少,这有利于促进工程应用),并且使用多点约束(MPC)模拟插件和PCB之间的连接。同时,由于电子外壳的刚度远大于PCB组件的刚度,因此在有限元模型中四个角处的螺孔处施加了固定的支撑约束,以模拟PCB组件与外壳的螺钉连接设备外壳。
 
3.有限变态分析结果
   建立目标PCB组件的有限元模型,并使用Block Lanczos方法进行模态分析。模态分析是为了求解系统的特征方程,一般的多自由度系统的特征方程可以采用等式(1)所示的形式,以获得系统的特征值和特征矢量,从而是振动系统的固有频率和振动模式。
   在有限元模态分析中,系统的质量矩阵由单位质量矩阵组装而成。系统的刚度矩阵,由单位刚度矩阵在有限变质的分析中组合而成。
   通过模态分析,获得了用四个螺钉固定的目标PCB组件的第一阶三阶固有频率和振动类型,如表2所示。PCB组件的一阶振动类型为一阶弯曲,第二阶为第二阶弯曲。阶振动类型是扭转,而三阶振动类型是正弦波形弯曲。这些振动模式类似于在JEDEC标准板上固定的四个螺钉。


 

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