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2021 - 01 - 20
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2021 - 01 - 13
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo...
2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉...
2020 - 12 - 16
作者:刘琼  上海安世亚太光学应用工程师文章首发:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1609字,阅读时间预计5分钟编者按《赛博朋克 2077》作为最近大热的一款游戏,因其高还原度场景、酷炫的光影效果和未来感而令无数玩家心驰神往。那么这款游戏到底为什么比其他3D游戏画面更逼真呢?作者在文中对其进行了分析,让你更懂《赛博朋克 2...
2020 - 12 - 09
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2020 - 11 - 25
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 高速PCB最优换线层是哪一层?仿真告诉你答案
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高速PCB最优换线层是哪一层?仿真告诉你答案

介绍

平常我们做PCB设计的时候会有一个最优选择换线层的说法。例如设计一个12层板,当走线走在表层的时候,有的工程师会选择第三层作为最优换线层,也有的工程师会选择第十层作为最优换线层。


到底哪一种选择方式是对的呢?

仿真告诉你答案!

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如上图所示,在HFSS 3D layout中考察一个12层板的过孔设计,L2、L4、L6、L9、L11为地等,L8为power层,其余层为走线。当走线走在表层时,我们分别将换线层设置为L3、L5、L8、L10,考察其阻抗和S参数的影响。


首先考察阻抗

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从上图可以很明显的看出,当换线层越靠近表层,阻抗越小,越远离匹配的100欧姆。


之所以会造成这样的结果是因为换线层越接近表层,stub也就越长。长stub不但会影响阻抗匹配,另一方面,单独伸出的枝节也会容易形成类似于天线的结构,造成EMC方面的问题,同时也会造成振铃,信号延迟等问题。


然后考察S参数

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可以从上图看出,当换线层越靠近表层,高频处的反射系数越大,传输系数越差,越不利于高速信号的传输。



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既然换线层距离表层越远越好,那为什么会有工程师会认为L3是最优换线层呢?

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重点在于回流路径

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最优换线层分析

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▲ 该12层板的侧视图


当使用L3作为最优换线层时

回流路径直接就是L2的地层,不用再做额外的处理。

当使用L10层作为最优换线层时

则需要考虑回流路径,因此需要在走线附近打地回流过孔,而少打这些过孔有很多的好处。


一般来说,认为L3是最优换线层的工程师都是比较资深的工程师。如果是在10到15年前的设计,由于数据速率没有很高,因此使用L3作为换线层是非常正确的选择,毕竟从S参数可以看出来,在相对低频的区域,反射系数的变化不是那么明显。



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那么如果我的设计有很高的尺寸要求,因此不得不在距离表层的信号层换线,但同时也有很高的信号完整性要求,是不是就完全没办法了呢?

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当然不是,对于这种设计我们可以采用背钻技术。

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背钻技术

背钻技术如下图所示,红色为背钻钻头就是通过一个比孔径大一些的钻头,在不连续的那几层的最外面往里钻,直到把所有不连接的层全都钻掉,以减小stub的技术。

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在HFSS 3D layout中,

可以很方便的创建背钻孔。

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增加了背钻后,我们继续考察

使用不同的换线层时阻抗和S参数的影响。


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从阻抗和S参数我们都看到,加了背钻之后,由于没有stub的影响,越接近表层,阻抗也就也越好。


背钻技术的问题

背钻技术虽然能够解决stub带来的问题,

但还是有一定的问题和风险的。


第一个问题就是成本

需要在过孔做完金属化后再次钻孔,然后树脂填充,因此一定会有成本的上升。


另一个问题就是风险

使用背钻技术有一定的不达标风险和报废风险。因为钻孔的深度有一定的公差,同时板子的厚度也有一定的公差,因此不可能做到完美的达到要求的背钻深度,钻得过浅容易对信号造成一定的影响,钻得过深则信号线开路、板子报废。


因此需要在设计之初

通过仿真技术根据性能要求留出一定公差余量

宁浅勿深。


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▲ 背钻深度过浅,对信号传输有影响


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▲ 背钻深度正合适,完美


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▲ 背钻深度过深,报废



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那么根据上面的分析,我们是否就能得到这个结论:

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“高速信号线换线层,如果不用背钻技术就要选择远离走线层,如果使用背钻技术就要接近走线层”。

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当然不能。

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每个过孔根据孔径以及焊盘都是有自己的特性的,例如在上面的12层板中,通过修改孔径和焊盘的尺寸,可以得到下面这样的结果。

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原因分析

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从阻抗图中可以看出,最好的换线层既不是靠近表层的L3,也不是远离表层的L10,而是L5。这是什么原因造成的呢?


要说明这个结果的原因

就必须要从过孔阻抗的原理说起了。


线路板上物件的阻抗与它所包含的寄生电容和寄生电感有关,其中阻抗与电容成反比,与电感成正比。当二者都变大时,就要看是哪一个部分的变化率比较大了。



>> 非常微小的孔由于在水平面方向与其它金属耦合面积小,造成寄生电容偏小,当换层改变时它的变化率非常小。

>>  垂直方向的过孔长度决定了电感的大小,当换层改变时电感的变化至少是10倍以上。这个时候电感变化率大,电容变化率小,因此过孔越长阻抗越大。

>>  而接大过孔正好相反,电容变化率大,电感变化率小,过孔越长阻抗越小。



总结

从这个案例就能看出来高速PCB走线仿真的重要性,如果只是凭着少数的经验或者想当然,可能就大错特错啦。


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2021 - 01 - 20
作者:李桂花 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1199字,阅读时间预计4分钟编者按ICT技术已经是现代电子企业常用的测试技术,本文中作者使用ANSYS Sherlock软件进行ICT测试,评估由于过应力导致的风险组件,并根据结果提出改进措施。随着微电子技术和电子组装技术的发展,PCBA(Printed Circuit Board Assembly,印刷电路板组件)布局和组装呈现出复杂化的趋势。PCB中的器件尺寸微型化、引脚间距紧凑化都使得 PCBA在极大程度上增大了产品失效的可能性。ICT技术ICT( In-Circuit Test),即在线测试技术,作为电子产品印制板组装加工中的重要测试手段,已为大多数现代化电子企业所采用。它使用一系列测试探针和测试夹具,在一个电路板的一面或两面来测试制造过程中的电气连接。每个测试探针施加一个力在一个特定的电路板位置,称为测试点,由设计确定。在测试过程中,所有这些测试点力的联合作用使电路板产生弯曲,如果应力值足够高,焊点可能会失效,PCB板上的元件也将产生超过允许范围的应力。图1  ICT测试仪图2 电路板常见的失效模式:陶瓷电容器的弯曲开裂、垫坑为了提前避免失误和发现问题,在生产过程中需要对ICT步骤进行应力应变测量并监控,以确定产品应力应变处于允许范围内。如果测量值超过了电路板允许的应力应变水平的最大值,将对电路板进行重新布局设计或者调整夹具设计,或者按要求改变流程,使得应力应变数值回到允许范围之内。ANSYS SherlockANSYS Sherlock软件是目前唯一一款基于可靠性物理的电子设计软件,能够在早期设计阶段为电子硬件的元器件、板件和系统级提供快速准确的寿命预测,其提供的ICT分析模块基于有限元算法可以快速对测试点和夹具施加的机械应力进行建模,并根据预测的电路板部件的应力对其进行打分,列出测...
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作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo 13事故中拯救了三位宇航员的模拟器是第一个数字孪生的应用。而概念上的起源是2002年Michael Grieves在密西根大学做演讲时在PLM概念模型中首次提出的现实与虚拟空间的概念,之后在其著作中被称之为镜像空间模型(Mirror Space Model),演化至今成为了数字孪生(Digital Twin)。数字孪生是一种超越现实的概念,如今可以被视为一个或多个重要且彼此依赖的装备系统间的数字映射系统。数字孪生是某个特定实体产品/系统的数字表示,能够更深入地洞察该产品的状态、性能和行为;能够实现系统设计、优化、预见性维护、优化工业产品管理。这种方式充分利用了物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成为一个多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。举个简单点的例子:不知道大家还是否记得《数码宝贝(Digital Monster)》 ,数码暴龙机与数码暴龙的结合就是比较典型的数字孪生早教片了。▲暴龙实体▲暴龙数字体这个听起来可能是养成 + 战斗类游戏,而反应在工业上严谨度会更高。类似的是:你有关心的重要设备(Monster)、各种不同的工况、不同的环境以及他们之间的影响(Buff),我们通过监控虚拟设备的运行情况,结合实际工况/数据的实时采集(HP/MP),能及时预测、发现并解决问题,使得系统良好运转(Fi...
2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉伸和挤压过程中表现出复杂的粘弹性行为,因此熔体在模具中和自由端的流动行为非常复杂。目前主要采用实验方法和数学解析的方法来进行研究,前者由于需要反复模具试制、多次试模才能得到合格的产品,且一类经验在其他类型产品中复制性差,造成生成时间周期长,难以满足激烈的市场竞争需求;对于数学解析的方法,随着流变学的发展和计算机技术提高,使这种方法越来越成熟,ANSYS POLYFLOW经过多年的发展,目前已包括丰富的求解功能:可以求解的网格类型多包括三角形、四边形、四面体、六面体等,网格变形工具包括网格叠加技术、网格自适应、网格重构,适应求解网格大变形问题;对于前处理软件有很好的接口可以读入ANSYS meshing、ICEM、GAMBIT网格工具生成的网格;丰富的求解模型包括牛顿流体、广义牛顿流体、粘弹性流体等多种流变模型。因此,POLYFLOW特别适合应用于聚合物成型加工、玻璃工业及食品行业中的材料流动模拟。在塑料产品加工行业应用包括挤出成型、吹塑成型、拉丝、涂覆工艺的流动、传热问题。POLYFLOW在挤出成型中的优化应用在挤出成型中,挤出产品的形状是挤出口模设计的一个重要目标,而挤出胀大现象给具有形状和尺寸要求的模具设计带来了一定难度。另外,熔体流出口模截面速度的差异,同样会造成产品内应力增大,造成产品变形严重。对此,我们可以通过优化模具内部通道,改善出口截面流速的差异,...
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