客製化有限元素(FEM) 分析在PCB產業應用：材料世界網-專利推廣

■ 技術說明

PCB(Print Circuit Board) 是一種廣泛用於電子產品的介質元件，如一般所習知的積體電路、電阻、電容等元件，透過PCB 板上的導電線路連接，形成一個完整的電子迴路設計。然而，隨著電子產品的設計與應用日趨複雜，PCB 電路板設計正面臨著許多挑戰，包括更密集的電路繞線、更高的板材層數等，開發人員如何在產品設計的初期，在一個非常有限的空間進行電子迴路配置與設計，又能同時考量(a) 封裝應力、(b) 熱傳導效率、(c) 元件幾何設計、(d) 材料性質、(e) 殘留熱應力等各項參數，來控制電路板在產品中出現問題的機率，利用可靠且快速的電腦模擬分析絕對是電路板設計作業流程中不可或缺的一環。

在系統級的封裝條件下，以往PCB 設計初期的分析階段，一般需先在CAD 軟體繪製結構檔案，再匯入模擬軟體內分析。每進行一個檔案模擬，就需要重新定義材料性質、邊界條件，在分析上不僅操作不便，也很難達到時效性的要求。再者，若是需要完成這些步驟，也大多需要具計算機輔助工程CAE(Computer Aided Engineering) 背景的模擬工程師來進行，對於有大量需求且極多樣化產品設計分析需求者而言，使用模擬工具的門檻無形增加產品開發的困難與成本。

有鑑於此，工研院材化所利用有限元素法(Finite Element Method; FEM)，提供一客製化FEM模組，可同時考量①元件設計、②製程條件、③材料篩選等PCB 模擬設計的三項需求指標，提供一個快速預測之評估工具，可協助產品開發人員即時有效調整參數設計，縮短測試驗證的時間，也大大降低電路板損傷或失效等問題。此客製化模擬工具能夠大幅簡化傳統模擬流程，而且涵蓋所有CAE 功能，不僅免安裝程式、免購買軟體，更是一種投資成本較低的攜帶型模擬工具。

■ 技術特徵

為了解決PCB 不論是在封裝應力、熱傳導效率、元件幾何設計、殘留熱應力等繁複且牽涉多方參數的關鍵問題，工研院材化所之客製化FEM 模擬工具，建立包含元件幾何、材料特性與操作條件等變數，提供四大方向與指標，包括：

►參數化幾何：以數字輸入，快速修改幾何尺寸

►材料特性調變：客製化材料篩選，快速預測宏觀材料特性，調整材料適配最佳化

►溫度追蹤：將實驗不易觀察之溫度可視化，進行驗證設計

►熱應力平衡：透過幾何、材料與製程條件最佳化應力翹曲問題

■ 技術規格

客製化有限元素(FEM) 分析模擬應用軟體，可以在已預建完成的模型下，採用選單方式或是以參數化模型( 輸入數值修改)，替代原有較繁複的幾何模型流程。在材料參數定義上，可以預先完成建置常用的材料選單( 資料庫)，也可以自定義材料特性，簡單且快速與幾何設計搭配，快速篩選取得最佳化的幾何與材料參數組合後，輕鬆完成後處理之繪圖需求。本客製化軟體應用，擺脫以往繁複的Trial and Error 的驗證時間，以及複雜的模擬軟體操作的技術門檻，協助PCB 產業加速推動下世代產品之開發進程。