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项目背景随着电子产品集成度持续提高，PCB 电路板上面元器件布局越来越密集，在整机装配、跌落、振动工况之下，PCB 极易出现局部应力集中、板面形变过大的问题。很多企业都是等到样机组装、可靠性测试阶段，才发现 PCB 板变形、焊点开裂、元器件脱焊等故障，此时再修改 PCB 布局、板厚、固定点位，不仅耽误项目周期，还会增加开板、打样的巨额成本。 本次项目客户为一家电子设备研发企业，新产品在前期样机验证阶段，担心 PCB 在装配锁紧受力后，板面产生过大位移以及局部应力超标，引发长期使用的可靠性隐患。客户希望借助PCB 结构仿真分析咨询外包服务，在 PCB 制版之前，通过 CAE 有限元分析提前验证当前设计方案，找到高应力区域，评估整体结构刚度，判断设计是否满足使用标准。友商科技承接本次CAE 仿真分析代做项目，开展 PCB 板静力学结构仿真分析，输出完整的有限元分析报告，给到可落地的设计整改优化建议。 仿真分析需求1、仿真对象：多连片拼板 PCB 电路板2、分析类型：静力学结构仿真分析，获取 PCB 整体位移形变云图、Mises 等效应力云图3、核心验证目标：确认 PCB 最大位移量、最大应力数值；排查板面应力集中位置；验证当前 PCB 结构、固定点位设计是否满足强度设计要求；预判长期工况下板体、焊盘、元器件潜在失效风险。4、交付成果：完整 CAE 仿真分析报告，包含仿真云图数据、结果解读、PCB 结构设计优化建议。 CAE仿真建模与工况设置工程师基于客户提供的 PCB 三维模型，完成几何清理、简化非必要微小特征，划分高精度有限元网格，定义 PCB 基材力学材料参数，还原实际装配约束边界条件，模拟锁紧装配带来的载荷。 本次仿真采用成熟有限元仿真软件搭建计算模型，完整复现真实装配受力状态，避免理想化仿真带来结果与实际工况偏差，保障仿真结果具备工程参考价值。
PCB 仿真分析结果解读1、PCB 位移形变结果从位移云图可以直观看到整块拼板 PCB 各个位置形变分布，色彩深浅代表位移大小。仿真计算得出PCB 最大位移 0.00071mm。整体板面变形数值极小，说明当前 PCB 板整体刚度表现良好，装配载荷下没有出现明显的板面翘曲、大面积形变风险；最大位移点位集中在局部元器件布局密集区域，该位置是后续 PCB 布局优化重点关注区域。依靠位移仿真结果，我们不用反复制作实物样板，就能够直观预判整块电路板的形变趋势。 2、PCB 等效应力结果应力云图清晰展示 PCB 板面全部位置应力分布情况，红色圈注区域为整块 PCB 最大应力点位。仿真结果：PCB 最大等效应力为 1.14MPa，PCB 基材屈服强度 30MPa。最大应力数值远低于材料屈服极限，当前 PCB 整体强度满足设计标准，不会发生板材本体开裂破损。虽然整体应力达标，但我们依旧观察到局部焊盘、器件引脚周边出现应力集中点。这类点位虽然当前应力没有超标，可是在整机振动、跌落循环载荷长期作用下，会成为疲劳失效隐患，存在焊点断裂、元器件虚焊脱落的风险，需要在 PCB 结构设计阶段做针对性优化。 CAE分析报告优化整改建议结合整套 PCB 结构仿真分析的数据，友商科技热仿真分析工程师给到客户三条落地优化方案：① 针对已经识别的应力集中区域，调整元器件布局，将重量较大器件远离 PCB 悬空长边位置，降低局部载荷；② 优化 PCB 拼板的支撑、固定孔点位，增加局部加强结构，分散装配锁紧带来的集中应力；③ 若后续产品有严苛振动、跌落测试需求，可以适度评估增加局部补强板，提升 PCB 局部刚度，降低疲劳失效概率。 客户既可以直接沿用现有设计，也可以根据产品可靠性等级需求，选用优化方案迭代 PCB 图纸，再次开展CAE 仿真分析对比优化前后数据差异，验证整改效果。 项目总结很多电子研发团队会有一个误区：PCB 只是一块简单电路板，依靠经验布局就足够，不需要专门做结构仿真分析。实际上电子产品很多隐性故障，根源就是 PCB 局部应力、形变超出耐受范围。借助CAE 有限元分析、结构仿真分析咨询代做外包服务，企业在 PCB 投板之前就完成强度、刚度验证，不用等到可靠性测试失败后被动改板。一份专业 PCB 结构仿真分析报告，不只是一堆云图与数据，更是提前发现设计缺陷、规避后期产品故障的有力工具。 友商科技，提供 CAE 有限元仿真分析咨询服务，覆盖结构仿真、热仿真、CFD 流体仿真、电磁仿真、光学仿真，面向机械、电子、汽车、能源、医疗、军工、机器人、无人机、人工智能、通信、电力电子等四十多个行业，输出专业 CAE 仿真分析报告，为企业提供优化设计、整改建议，提前挖掘产品潜在设计风险。 CAE仿真业务咨询：18675529529。 |
