印刷電路板（PCB）幾乎存在于世界上所有電子設(shè)備中，它們主要有兩種功能：

1) 結(jié)構(gòu)：可將所有電子組件固定到位，例如電容器、電阻器、集成電路（IC）等

2) 電氣：可提供組件之間的電氣互聯(lián)

因PCB的主要功能就是在結(jié)構(gòu)上將電子組件固定到位、讓組件電氣互聯(lián)，因此，確保PCB裝配體的可靠性對(duì)于產(chǎn)品的成功來說至關(guān)重要。

通過仿真，可以根據(jù)特定的壓力源和使用環(huán)境對(duì)PCB進(jìn)行建模和測試，從而在物理樣機(jī)制作之前確定故障風(fēng)險(xiǎn)。Ansys的走線增強(qiáng)工作流程，是一種有望在電路板級(jí)顯著提高PCB模型保真度的方法。

下面，我們通過一個(gè)完整的走線增強(qiáng)工作流程，來介紹此方法的主要優(yōu)勢，大家可以將該工作流程應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)流程中。

走線增強(qiáng)由使用殼和梁增強(qiáng)單元的銅特征來表示

什么是走線增強(qiáng)？

隨著PCB的復(fù)雜程度日益增加（具有柔性電路和剛-柔性電路、高密度互聯(lián)、埋孔和微孔的PCB），組件尺寸不斷縮小，準(zhǔn)確仿真PCB的難度也越來越大，對(duì)電路板進(jìn)行同質(zhì)屬性的近似建模這樣常用結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）建模方法，可能不再適用。

走線增強(qiáng)已成為一種可能的解決方案，不僅可以捕獲復(fù)雜的細(xì)節(jié)，同時(shí)還能進(jìn)行在范圍和時(shí)間上都可控的完整電路板級(jí)仿真。

走線是用來將PCB上的不同組件和引線進(jìn)行電氣連接的銅連接。走線增強(qiáng)方法將PCB中的銅走線，視為3D結(jié)構(gòu)樹脂基礎(chǔ)單元內(nèi)的1D或2D增強(qiáng)特性。

材料增強(qiáng)在眾多行業(yè)中被廣泛應(yīng)用于改進(jìn)結(jié)構(gòu)屬性，例如鋼筋混凝土、飛機(jī)方向舵使用的碳纖維增強(qiáng)聚合物，以及輪胎中使用的尼龍線。Ansys的FEA軟件可使用專門的增強(qiáng)單元為此類材料的增強(qiáng)效果進(jìn)行建模。

Ansys的走線增強(qiáng)工作流程將其他行業(yè)常用的增強(qiáng)單元擴(kuò)展到用于近似PCB的屬性。它將銅走線視為增強(qiáng)特性，將樹脂/層壓材料（實(shí)際上在PCB中將走線固定在一起）視為增強(qiáng)的基礎(chǔ)單元。

Ansys走線增強(qiáng)工作流程

Ansys已開發(fā)出綜合全面的工作流程，該工作流程使用涂抹增強(qiáng)（smeared reinforcement）方法來直接表達(dá)PCB中的所有走線幾何結(jié)構(gòu)。PCB的每一層都使用固體基礎(chǔ)單元建模，而采用2D殼和梁建模的走線，則起到了增強(qiáng)單元的作用。采用這種方法，可以完整表達(dá)詳細(xì)的走線幾何結(jié)構(gòu)，此外，因?yàn)椴槐貙⑦@些走線建模成彼此連接的3D幾何體，用戶能更輕松地開展網(wǎng)格劃分與仿真。

3D基礎(chǔ)幾何結(jié)構(gòu)（左）和相關(guān)的2D走線增強(qiáng)幾何結(jié)構(gòu)（右）

走線增強(qiáng)方法的實(shí)際應(yīng)用之一是熱機(jī)械分析，它可用于分析走線幾何結(jié)構(gòu)如何影響回流焊過程中的局部變形。在組件焊接完成后，由于埋孔等特性，PCB可能發(fā)生非均勻膨脹。使用走線增強(qiáng)方法，設(shè)計(jì)工程師可以確定潛在缺陷并測試不同的設(shè)計(jì)修改，以進(jìn)行優(yōu)化。

該圖所示的是局部電路板表面變形導(dǎo)致焊接缺陷 - 回流焊過程中的潛在問題

編輯：黃飛

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