CN114189999A - 一种减小pcb压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统 - Google Patents

一种减小pcb压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统，包括：对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；基于温度场和固化度场，得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。本发明解决了现有减小PCB压合成型过程中的翘曲变形量所带来的问题。

Description

一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统
技术领域
本发明涉及减小PCB压合后的翘曲变形技术领域，尤其涉及一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)是电子元器件之间实现电气连接的载体，是集成电路产业中最重要的部件之一。PCB是由PCB本身和表面安装的各种元器件组成，PCB本身(又称为裸板)又可以分为单层板和多层板。在制造成本上，PCB面积相同的情况下，多层电路板的成本要比单层和双层电路板高，而且层数越多，成本越高。但在考虑实现电路功能和电路板小型化，保证信号的完整性、EMI、EMC等性能指标因素时，应尽量使用多层电路板。
PCB多层结构的主要组成部分有铜箔-树脂混杂层(也称为布线层或者电路层)、半固化片和CCL基板层，多层印制线路板是由CCL、半固化片和外层铜箔压合而成的。半固化片是以玻璃纤维布为基材，浸以预调好的树脂溶液，经烘干处理而成，其中树脂呈半固化状态。CCL多为覆铜板，覆铜板是将半固化片单面或双面配上铜箔，在加热加压的条件下制成的。热压后，半固化片中的树脂呈不可逆的固化状态。半固化片和CCL根据树脂系统的不同，又分为环氧树脂基(FR-4)、聚酰亚胺基(PI)等。
层压多层板工艺是目前使用的多层板制造技术，它是用减成法制作布线层，通过压合—机械钻孔—孔内镀铜—表面镀铜—表面电路蚀刻等工艺使各层电路实现互连，最后涂敷阻焊剂、喷锡、丝印字符完成多层PCB的制造。其中，压合过程可以进一步细分为热压合—冷压合—开模冷却至室温，热压合和冷压合阶段依次将叠放好的PCB置于热压机和冷压机上进行操作。压合是利用高温高压使半固化片中的树脂受热软化，并使其流动，再转变成固化片，从而将多块覆铜板(经过棕化处理)粘合成一块多层板的制程。在整个压合过程中，PCB要经历高温、高压等复杂多变的环境条件。由于PCB的主体是玻璃纤维增强树脂基复合材料和铜箔，而玻璃纤维增强树脂基复合材料和铜箔的热膨胀系数(Coefficient ofThermal Expansion，简称CTE)相差很大，在实际生产过程中，这种材料性能差异会导致压合时PCB层间的温度分布不均匀。压合时，PCB的各个部分自由膨胀和收缩受到约束，会促使热应力的产生，进而导致PCB宏观上产生翘曲变形。
随着科技的发展，元器件的小型化和集成化成为了发展趋势，PCB上的封装芯片的尺寸越来越大，裸板的翘曲对电子产品的相对影响程度增加。PCB在压合过程中整体或局部的变形和翘曲既会影响裸板的生产良品率和效率，也会影响板上元器件安装等后续工艺制造过程，所以减小PCB压合过程中的翘曲变形至关重要。
压合过程中，玻璃纤维增强树脂基复合材料和铜箔的热膨胀系数不匹配是导致PCB产生热应力和热变形的根本原因。当PCB的温度超过环氧树脂的玻璃化转变温度(Tg)时，树脂会从玻璃态转变为高弹态，PCB弹性模量会减小并且热膨胀系数增加，刚度也会随之下降，从而PCB在残余内应力的作用下将发生显著变形。
常用的减小PCB翘曲变形的方法是选用CTE较小的材料用于制造，并尽可能匹配PCB中不同成分的CTE(铜和玻璃纤维增强树脂基复合材料)，以降低由材料的热膨胀系数差异引起的热应力。理论上如果所有成分具有相同的CTE，PCB的等温翘曲可以消除，但是由于材料特性的变化，这是不太可能发生的。
常用的另一种方法是铜平衡法，即采用添加额外的铜和增加绝缘层厚度的方法。附加额外的铜和增加绝缘层厚度，改变了PCB的热膨胀系数和刚度，PCB的翘曲变形得以改善。但是这种通过附加额外的铜和增加绝缘层厚度的方法有两个缺点：一是该方法没有通用性，对于不同的PCB，铜的附加量和附加位置千变万化，严重影响PCB的生产效率；二是会使PCB整体的厚度和重量增加，不符合电子产品小型化、轻便化的发展趋势。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法及系统，基于PCB的压合成型过程的数值模拟技术，可以针对各种PCB具体的压合成型工艺过程，快速而准确地计算出压合阶段的翘曲变形量，最后通过温度优化设计方法减小压合后的翘曲变形量。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，包括：
对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计系统，包括：
模型构建模块，用于对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
数值仿真模块，数值仿真模块包括三个部分：传热分析单元、应变场计算单元和应力场计算单元；
传热分析单元，用于进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
应变场计算单元，用于基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
应力场计算单元，用于将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
温度优化模块，用于改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供了一种数值模拟技术来数学描述PCB热压合-冷压合-开模冷却至室温的压合成型过程；解决了现有减小PCB压合成型过程中的翘曲变形量所带来的问题。
(2)本发明创新性地采用热学-化学-力学耦合方法，借助于数值模拟软件，数值模拟PCB压合成型过程，无需经过反复实验测试改变PCB的原材料或在PCB上额外增加铜，仅通过优化压合成型工艺中最高固化温度，减小PCB压合成型过程的翘曲变形；综合应用布线层分区定义材料参数方法、热学-化学-力学耦合方法、热弹性理论、复合材料细观力学、复合材料结构力学和各向异性黏弹力学，创新性开展PCB压合成型过程的集成模拟和减小PCB压合成型过程中翘曲变形的温度优化设计方案。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例中减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法流程图；
图2是本发明实施例中PCB仿真模型和叠层结构示意图；
图3是本发明实施例中PCB混杂层几何分区的示意图；
图4是本发明实施例中PCB压合成型过程中最高固化温度为220℃时的实验结果和模拟结果对比图；
图5是本发明实施例中PCB不同最高固化温度下的时间-温度曲线图；
图6是本发明实施例中PCB最高固化温度与翘曲变形的关系图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，采用分层、分区建模和热学-化学-力学耦合方法模拟PCB压合成型过程，揭示PCB在热压合-冷压合-开模冷却至室温时的固化变形和残余应力形成机制，建立包括热固化反应、热弹性效应和纤维复合材料物理力学性能演化的复合材料热传导-固化模型，系统全面地分析PCB在压合成型过程中的翘曲变形变化的大小和规律，形成PCB在压合过程中固化变形和残余应力的预测方法，进而可以针对各种PCB具体的压合成型工艺过程，快速而准确地计算出压合阶段的翘曲变形量，最后通过温度优化设计方法减小压合后的翘曲变形量。
需要说明的是，本实施例所述的PCB指的是PCB本身，又称为裸板，并不包含PCB上的各种元器件。
PCB的翘曲变形具体指的是厚度方向(建模时采用笛卡尔坐标系，X、Y方向位于面内，Z方向为厚度方向)的变形，翘曲变形的减小是通过PCB的相对翘曲量减小定义的，相对翘曲量＝PCB上表层厚度方向最大位移-PCB上表层厚度方向最小位移。
具体地，参照图1，减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法具体包括以下过程：
步骤(1)：对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
本实施例中，考虑到PCB叠层结构的特殊性，对PCB进行分层建模。同时由于混杂层是由铜箔和树脂两种材料组成的，所以需要对混杂层进行分区，然后在每个区域分别定义等效材料性能参数。
其中，分层建模具体指的是将PCB的CCL基板层、半固化片层和铜箔-树脂混杂层在厚度方向上分别各建一层实体单元，这样建模的优点是可以根据混杂层的铜体积分数对材料性能的影响进行分区定义。根据PCB布线图的图像处理后的虚拟分区对混杂层进行分割，为各个分区建立几何建模要素，最后得到混杂层的几何建模要素；本实施例中，虚拟分区是指利用python脚本程序对每个混杂层的布线图进行等尺寸区域的划分，得到布线图的虚拟分区，图2给出了PCB仿真模型和叠层结构示意图。
在每个区域分别定义等效的材料性能参数具体指的是先按不同的铜体积分数建立不同的铜和树脂的等效化材料属性，得到包含不同等效化材料属性的二维数组格式的材料数据库；然后在数值模拟软件中自动化读取包含分区位置和铜体积分数的图像处理PCB布线图的结果文件，进而通过几何模型对应文件中的分区位置得到模型不同分区的铜体积分数；最后在数值模拟软件中直接读取材料数据库，并且根据布线层不同分区的铜体积分数进行等效化材料属性的识别和赋予。
步骤(2)：进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
本实施例中，建立的仿真模型的基础上，进行PCB压合过程的传热分析，采用热学-化学耦合方法数值计算PCB中树脂的温度场和固化度场。其中，热学-化学耦合指的是先计算PCB压合过程中的温度场，然后基于PCB的温度场和热传导-固化模型计算PCB的固化度场。
其中，树脂的温度场和固化度场指的是PCB中树脂在压合成型过程中的温度和固化度，即整个PCB空间中所有节点温度和固化度的分布，温度场和固化度场是空间坐标和时间的函数，即温度场的函数为T＝f(x,y,z,t)，其中，x、y、z是空间直角坐标，t为时间；固化度场也是同样的道理。
步骤(3)：基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
本实施例中，根据计算得到的树脂的温度场和固化度场，数值计算树脂的热应变场和化学收缩应变场；然后在树脂的热应变场的基础上，根据复合材料的热-弹性理论和布线层分区均化的方法，数值求解PCB中复合材料的热应变场；在树脂化学收缩应变场的基础上，根据复合材料细观力学和布线层分区均化的方法，数值求解PCB中复合材料的化学收缩应变场。
本实施例中，热应变场和化学收缩应变场是计算PCB压合过程中总应变场的必要条件，PCB压合过程中的总应变＝力学应变+非力学应变(热应变+化学收缩应变)。热应变场体现了因温度变化产生的热应力对PCB变形的影响，化学收缩应变场体现了树脂发生化学反应对PCB变形的影响。
外力产生的应力、应变，由材料力学和弹性力学原理计算得到，温度变化产生的热应力、热应变由热弹性力学理论计算得到，树脂化学反应产生的化学收缩应力、化学收缩应变由细观力学理论计算得到。涉及到多物理场之间耦合计算的具体计算可以通过现有的数值计算软件实现，此处不做详述。
因为PCB中的CCL基板层和半固化片层都是由玻璃纤维增强树脂基复合材料组成的，所以先要计算树脂的热应变场和化学收缩应变场，然后根据复合材料热弹性理论和复合材料细观力学，计算得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场。
通过计算得到的热应变场和化学收缩应变场，可以和PCB在压合仿真过程中因受到外力载荷而产生的力学应变场进行耦合，进而可以得到热学-化学-力学耦合应变场。
步骤(4)：将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
本实施例中，在计算得到的PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场的基础上，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，数值求解PCB压合成型过程的热学-化学-力学耦合应变场。然后根据复合材料结构力学和各向异性黏弹力学，数值求解PCB压合过程的内应力场，并且得到PCB压合成型过程中的翘曲变形量和翘曲变形形貌。
本实施例中，热学-化学-力学耦合应变场是PCB在压合过程中因温度变化产生的热应变场、树脂化学反应产生的化学收缩应变场和受到外力载荷产生的力学应变场进行多物理场的耦合，得到PCB在压合过程中的总应变场。通过热学-化学-力学耦合方法，体现了压合过程中的温度变化、化学反应和外力载荷对PCB翘曲变形的综合影响。
本实施例中，热学-化学-力学耦合方法具体指的是一种多物理场顺序耦合方法，即在进行PCB压合成型过程的数值模拟时，先求解PCB在压合成型过程中的温度场和固化度场，然后进行PCB压合成型过程的应力场仿真时，需使用数值仿真软件从温度场和固化度场的结果文件中读取不同层各个节点的温度和固化度数据，并将其作为预定义载荷加载至PCB组件的力学数值仿真模型上，从而实现热学-化学-力学耦合计算。
其中，力学初边值条件指的是在原有PCB模型的基础上，增加两个刚性压板，分别位于PCB厚度方向的上方和下方，刚性压板在压合时自身不会产生任何变形。边界条件为压合过程中约束下压板所有自由度，约束上压板除Z方向位移外的其它自由度；初始条件为压合开始，下压板不动，对上压板施加垂直向下的集中载荷，压力通过上压板传递给PCB，进而将PCB压平。
热学初边值条件指的是压合成型开始时PCB的初始温度以及压合成型过程中PCB随时间变化的温度，即温度场中PCB自身的时间-温度曲线。
步骤(5)：改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
本实施例中，改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，分析比较压合后PCB翘曲变形量的变化。根据PCB的不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量对比结果，分析最高固化温度对PCB压合成型后翘曲变形的影响。优化实际生产中的压合工艺温度曲线，指导实际生产中的PCB压合成型过程，减小PCB在压合成型后的翘曲变形量。
其中，最高固化温度指的是PCB压合成型阶段自身温度变化过程中的最高温度，PCB自身温度达到最大时，树脂固化度超过92％，所以该温度称为最高固化温度。
改变压合过程的最高固化温度具体指的是保持原有的对流换热系数和热压工艺时间不变，在树脂固化度接近92％时降低流体介质温度，这样在热压合阶段只有最高固化温度会降低，其余参数保持不变。
在一些实施方式中，在步骤(4)和步骤(5)得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量之后，进行PCB压合过程的实验验证，实验条件和模拟条件一致，将实验结果和模拟结果进行对比，通过比较实验结果和模拟结果，改进数值模拟过程中不合理的工艺设置或者材料参数定义，优化数值模拟算法，提高模拟仿真的精度与准确性。
图3给出了PCB仿真模型和厚度方向上叠层结构示意图；图4给出了PCB仿真模型混杂层分区示意图；其中，PCB叠层结构包括铜箔-树脂混杂层、CCL基板层和半固化片层。
下面给出了具体的数值模拟实例：
(1)选择一块实际电子产品中使用的PCB，有8个铜箔-树脂混杂层、4个半固化片层和3个CCL基板层，根据该PCB的实际外轮廓尺寸，采用3D建模软件对其进行几何建模。在建模过程中，忽略凸起、凹陷等不规则几何特征，以提高计算效率。在厚度方向上，按照混杂层、CCL基板层和半固化片层三者在厚度方向的实际尺寸、叠层方式进行建模。然后将3D模型导入到数值模拟软件中，并且对布线层按外轮廓的几何尺寸以4×4进行等分，实现各层几何分区的建立，对不同分区分别赋予等效化处理后的材料性能参数。
(2)对该PCB实际热压合工艺中热压不锈钢板的流体介质温度-时间曲线进行非线性拟合，将拟合得到的流体介质温度-时间数据点输入到传热分析计算中所需的对流换热接触的温度变化幅值中，同时定义该阶段随温度变化的对流换热系数，采用传热分析中的热传导-固化模型计算PCB的温度场和固化度场。在温度场和固化度场的计算结果中，PCB热压合阶段的最高固化温度为220℃。
(3)将步骤(2)中计算得到的温度场和固化度场结果文件作为预定义场导入到PCB应力场的计算中。在现有PCB模型的基础上，分别添加两个刚性压板，PCB位于两块刚性压板中间。固定下压板，约束上压板除Z方向(厚度方向，也是压合方向)位移以外的其他五个自由度，同时对上压板设置一个随时间变化的压力边界条件，该压力边界条件根据实际压合工艺中的压力-时间曲线拟合得到，以模拟实际压合过程压板的压力变化。
(4)进行PCB压合成型的数值仿真，压合成型过程总时间为19400s，其中热压合阶段时间为12600s，冷压合阶段时间为3800s，开模冷却至室温阶段时间为3000s。经过热压合、冷压合、开模冷却至室温后，最终得到PCB压合成型模拟结果。利用数值模拟软件的后处理功能，可视化PCB压合过程，得出PCB冷压结束和开模冷却至室温的相对翘曲变形量和翘曲变形形貌。
(5)采用和上述建模用的PCB相同的CCL、半固化片等原料，开展PCB压合成型全流程实验。将CCL基板、半固化片、铜箔树脂混杂层按相同的叠层方式依次置于热压机和冷压机上进行热压和冷压操作，冷压结束后，开模冷却至室温。在PCB压合成型实验中，需要确保实验采用的材料参数、工艺参数与数值模拟时输入的参数一致，例如密度、比热、温度、时间、压力等。得到实验结果后，和模拟结果进行比较，验证模拟结果的准确性。
(6)在步骤(1)～(5)模拟的基础上，进行PCB压合成型过程的温度优化设计。重新设置四组算例，计算PCB温度场和固化度场时，PCB固化度达到92％之后，将随时间变化的流体介质温度在原有数据的基础上，分别降低5℃、6℃、7.5℃、9℃，这样在计算得到的温度场和固化度场的结果中，PCB热压合阶段的最高固化温度分别为215℃、210℃、205℃、200℃，见图5，图中用最高固化温度作为各温度曲线的代号。
(7)重复步骤(3)和步骤(4)，得到PCB最高固化温度和PCB翘曲变形量的关系，见图6。
(8)根据步骤(7)中得到的结果，指导PCB实际生产中的压合成型过程，改善PCB压合成型过程中的翘曲变形。
由图5、图6可知，随着热压合阶段的最高温度的增加，树脂发生固化反应的速率增加，一方面使得固化度更快速地增大，树脂固化收缩程度加剧，这种加剧了的布线层内非均匀、厚度方向上非对称的化学收缩应变直接增大了PCB冷却至室温时的残余内应力，导致PCB翘曲变形量增大；另一方面使得热固性树脂在高于玻璃化转变温度的较高温下表现出较强的黏弹应力松弛效应，因非均匀的树脂固化反应收缩而产生的PCB内应力较容易地被松弛，减小了PCB冷却至室温时的残余内应力，导致PCB翘曲变形量减小。这两种效应共同存在、综合影响PCB的翘曲形貌和翘曲变形量。
当PCB的最高固化温度大于210℃后，因高温下内应力的黏弹应力松弛效应而导致的残余应力减小的影响逐渐接近并有可能超过因固化度增大而直接导致的PCB内应力增大的影响，且在越接近100％的固化度条件下，固化度增大的速率显著下降，因此PCB卸压开模冷却至室温时的翘曲变形量减小。当PCB的最高固化温度小于210℃时，因树脂固化度增大而直接导致的PCB内应力增大的影响要显著大于因高温下内应力的黏弹应力松弛效应而导致的残余应力减小的影响，从而导致PCB卸压开模冷却至室温时的翘曲变形量有增大的趋势。
综上所述，可以通过降低热压合阶段的最高固化温度来减小PCB在厚度方向的翘曲变形量。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计系统，包括：
模型构建模块，用于对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
数值仿真模块，数值仿真模块包括三个部分：传热分析单元、应变场计算单元和应力场计算单元；
传热分析单元，用于进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
应变场计算单元，用于基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
应力场计算单元，用于将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
温度优化模块，用于改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方法已经在实施例一中进行了详细的说明，此处不再详述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，包括：
对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
2.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，具体包括：
将PCB的CCL基板层、半固化片层和铜箔-树脂混杂层在厚度方向上分别各建一层实体单元；
根据PCB布线图的图像处理后的虚拟分区对混杂层进行分割，为各个分区建立几何建模要素，最后得到混杂层的几何建模要素。
3.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，在每个区域分别定义等效材料性能参数，具体包括：
按照不同的铜体积分数建立不同的铜和树脂的等效化材料属性，得到包含不同等效化材料属性的二位数组格式的材料数据库；
自动读取包含分区位置和铜体积分数的图像处理PCB布线图的结果文件，得到模型不同分区的铜体积分数；
在数值模拟软件中直接读取材料数据库，并且根据布线层不同分区的铜体积分数，在所述材料数据库中读取与铜体积分数相对应的等效化材料属性，以为每个区域分别定义等效材料性能参数。
4.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，所述树脂的温度场和固化度场具体为PCB中树脂在压合成型过程中的温度和固化度，即整个PCB空间中所有节点温度和固化度的分布；所述温度场和固化度场是空间坐标和时间的函数。
5.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，所述PCB压合过程的力学初边值条件具体为：
在原有PCB模型的基础上，增加上压板和下压板，分别位于PCB厚度方向的上方和下方，所述上压板和下压板在压合时自身不会产生任何变形；
压合过程中约束下压板所有自由度，约束上压板除Z方向位移外的其它自由度；压合开始，下压板不动，对上压板施加垂直向下的集中载荷，压力通过上压板传递给PCB，进而将PCB压平。
6.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，所述热学初边值条件具体为：压合成型开始时PCB的初始温度以及压合成型过程中PCB随时间变化的温度，即温度场中PCB自身的时间-温度曲线。
7.如权利要求1所述的一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法，其特征在于，改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，具体为：
保持原有的对流换热系数和热压工艺时间不变，在设定的树脂固化度时降低流体介质温度，以实现在热压合阶段只有最高固化温度降低，其余参数保持不变。
8.一种减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计系统，其特征在于，包括：
模型构建模块，用于对PCB进行分层建模，对混杂层进行分区，在每个区域分别定义等效材料性能参数；
数值仿真模块，所述数值仿真模块包括三个部分：传热分析单元、应变场计算单元和应力场计算单元；
传热分析单元，用于进行PCB压合过程的传热分析，计算PCB中树脂的温度场和固化度场；确定PCB热压合阶段的最高固化温度；
应变场计算单元，用于基于所述温度场和固化度场，计算PCB中树脂的热应变场和化学收缩应变场；进而得到PCB中复合材料的热应变场和化学收缩应变场；
应力场计算单元，用于将所述温度场和固化度场结果作为预定义场导入到PCB应力场的计算中，添加PCB压合过程的力学初边值条件和热学初边值条件，进行PCB压合成型的数值仿真，得到PCB在所述最高固化温度下的翘曲变形量；
温度优化模块，用于改变压合成型数值模拟过程中PCB的最高固化温度，其余条件保持不变，重新进行仿真计算，得到PCB在不同最高固化温度下压合成型后的翘曲变形量，最终选取使得翘曲变形量最小的最高固化温度。
9.一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的减小PCB压合后翘曲变形的温度优化设计方法。
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