【導讀】印刷電路板 (PCB) 存在于所有電子設備中，是確保設備正常運行的核心元件。每塊 PCB 上都載有電子設備的一個(gè)重要子系統，用于增加設備的功能。因此，電子設備的功能越多，就需要越多的 PCB 來(lái)保證正常運行。
本文要點(diǎn)：
●多層 PCB 有很多優(yōu)點(diǎn)，但是，多層結構也會(huì )給電路板帶來(lái)熱應力問(wèn)題。
●熱應力分析是一種溫度和應力分析方法，用于確定多層 PCB 中的熱應力點(diǎn)。
●熱應力分析結果有助于 PCB 設計人員構建可靠、穩健和經(jīng)過(guò)優(yōu)化的多層 PCB。
印刷電路板 (PCB) 存在于所有電子設備中，是確保設備正常運行的核心元件。每塊 PCB 上都載有電子設備的一個(gè)重要子系統，用于增加設備的功能。因此，電子設備的功能越多，就需要越多的 PCB 來(lái)保證正常運行。為了在設備中整合更多的 PCB，并滿(mǎn)足電壓要求，PCB 通常是分層的。雖然多層電路板有一些優(yōu)點(diǎn)，但多層結構會(huì )對電路板造成熱應力。為此必須對多層電路板進(jìn)行熱應力分析，以確定受應力影響的區域并防止熱變形。
我們先來(lái)了解一下多層 PCB，以便更好地了解對其進(jìn)行熱應力分析的需求。
1. 什么是多層 PCB？
為了滿(mǎn)足現代電子設備的空間和重量限制，必須采用多層 PCB。顧名思義，多層 PCB 由多層材料層壓在一起，最終形成一塊電路板。多層 PCB 在制造時(shí)利用了高壓和高溫條件，以便讓各層之間緊密粘合，避免電路板內出現氣泡。
多層 PCB 的用途和優(yōu)點(diǎn)
隨著(zhù)現代電子產(chǎn)品尺寸變得更小，功能也更加復雜，多層 PCB 相對于單層 PCB 有許多明顯的優(yōu)勢，尤其是在以下應用領(lǐng)域：
數據存儲、衛星系統、移動(dòng)通信、信號傳輸、工業(yè)控制、太空裝備、核探測系統
在這些應用中使用多層 PCB 的優(yōu)點(diǎn)包括：
●在電路板面積相同的前提下，多層 PCB 比單層或雙面 PCB 處理的電路更多。多層 PCB 的組裝密度高，因此適用于復雜系統中的高容量和高速應用。
●多層 PCB 體積小、重量輕，因此非常適合空間和重量受限的設備。
●多層 PCB 的可靠性很高。
●多層 PCB 是柔性的，可用于需要彎曲的電路結構中。
●多層 PCB 可承受高溫和高壓，可用于對電路耐用特征要求較高的設備。
●在多層 PCB 中很容易進(jìn)行受控阻抗布線(xiàn)。
●多層 PCB 中的電源和接地層有助于實(shí)現 EMI 屏蔽。
2. 多層 PCB 中的熱應力
制作多層 PCB 時(shí)，半固化片和核心材料層堆疊在一起。導體被封裝在樹(shù)脂材料中，各層則用粘合劑粘合起來(lái)。多層 PCB 涉及的所有材料都有不同的熱膨脹和收縮率，即熱膨脹系數 (CTE)。CTE 差異和溫度升高導致了多層 PCB 的溫度場(chǎng)和熱應力場(chǎng)。高熱應力會(huì )導致 PCB 變形，并造成電路運行、可靠性和壽命出現嚴重問(wèn)題。
熱應力分析可以檢測電路板中受應力影響的區域
3. 對多層 PCB 進(jìn)行熱應力分析的重要性
熱應力分析是指在多層 PCB 上進(jìn)行溫度和應力耦合現場(chǎng)分析，使用熱應力分析法來(lái)分析高溫和低溫循環(huán)對電路器件和運行的影響。然后根據熱應力分析結果修改多層 PCB 的物理 layout，這有助于減少多層 PCB 的溫度場(chǎng)和熱應力場(chǎng)。
熱應力分析在很多方面都有幫助，包括：
1. 根據多層 PCB 焊點(diǎn)上的溫度應力和剪切力來(lái)擺放器件。
2. 預測多層 PCB 中出現分層和微裂紋的幾率。
3. 預測多層 PCB 是否會(huì )發(fā)生變形。
在設計經(jīng)過(guò)優(yōu)化的多層 PCB 時(shí)，熱應力分析結果非常有用，有助于有效減少多層 PCB 中的溫度極值和應力極值，還有助于提高多層 PCB 的熱可靠性、物理板的穩健性和使用壽命。
(來(lái)源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心）
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