【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 來保證正常運行。
本文要點：
●多層 PCB 有很多優點，但是，多層結構也會給電路板帶來熱應力問題。
●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。
●熱應力分析結果有助于 PCB 設計人員構建可靠、穩健和經過優化的多層 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 來保證正常運行。為了在設備中整合更多的 PCB，并滿足電壓要求，PCB 通常是分層的。雖然多層電路板有一些優點，但多層結構會對電路板造成熱應力。為此必須對多層電路板進行熱應力分析，以確定受應力影響的區域并防止熱變形。
我們先來了解一下多層 PCB，以便更好地了解對其進行熱應力分析的需求。
1. 什么是多層 PCB？
為了滿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 的用途和優點
隨著現代電子產品尺寸變得更小，功能也更加復雜，多層 PCB 相對于單層 PCB 有許多明顯的優勢，尤其是在以下應用領域：
數據存儲、衛星系統、移動通信、信號傳輸、工業控制、太空裝備、核探測系統
在這些應用中使用多層 PCB 的優點包括：
●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 中很容易進行受控阻抗布線。
●多層 PCB 中的電源和接地層有助于實現 EMI 屏蔽。
2. 多層 PCB 中的熱應力
制作多層 PCB 時，半固化片和核心材料層堆疊在一起。導體被封裝在樹脂材料中，各層則用粘合劑粘合起來。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 的溫度場和熱應力場。高熱應力會導致 PCB 變形，并造成電路運行、可靠性和壽命出現嚴重問題。
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 進行熱應力分析的重要性
熱應力分析是指在多層 PCB 上進行溫度和應力耦合現場分析，使用熱應力分析法來分析高溫和低溫循環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 的溫度場和熱應力場。
熱應力分析在很多方面都有幫助，包括：
1. 根據多層 PCB 焊點上的溫度應力和剪切力來擺放器件。
2. 預測多層 PCB 中出現分層和微裂紋的幾率。
3. 預測多層 PCB 是否會發生變形。
在設計經過優化的多層 PCB 時，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。
(來源： Cadence楷登PCB及封裝資源中心）
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