TWI285331B - Structural analysis method employing finite element method - Google Patents

Description

I28533i t Λ 1明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用有限元素法（finite element meth〇d)之結構分析方法，更詳而言之，係關於以利用電 腦及fet a &、、、吉合程式及結構分析裝置之數值模擬操作而分析印刷 1基板之結構特性（如應變特性、應力特性、熱傳導特 性等）。 鲁【先前技術】 〇 利用藉由使用日本專利早期公開申請案第H9-218032 掲露之遮罩技術而在其上形成積體電路圖案之印刷線 板作為電子裝置之主機板。根據設置電子零件（如大 型積體電路（Large Scale Integration，簡稱LSI))之回焊 過程（reflow process)之溫度條件而在印刷線路基板中產 生翹曲（warpage)。由製造過程之條件產生之翹曲造成在 印刷線路基板表面上裝置之電子零件之突點連結部份 • (bump join portions)等之不連接或不足，因而降低產物之 產率。 因此，已知結合電腦輔助設計（Computer Aided Design，簡稱CAD )及有限元素法以結構分析印刷線路基 板和預測由製造過程之條件所產生之印刷線路基板上之翹 曲（日本專利申請案第2004-13437以及2000-231579號， 以及日本專利第3329667號）。由此預測結果，可實行設 計修改以生產在設置過程中具有最小翹曲之印刷線路基 板0 5 317561 1285331 【發明内容】

然而，以習知技術而言，當作為結構分析之分析目標 之印刷線路基板分割為有限元素時，為增加預測準確产必 須增加分割數目。因此，資料總數極大且預測計算耗ί時 :;題反之，當減少分割數目時，則存在預測準確度降L 因此本發明之目的在提供—種減少結構分 不降低預測準確度之結構分析方法、結構分析程式、以及 結構分析裝置。 ^ 本發明之第一方面，传Μ 士担糾 ㈤_由&供-種結構分析方法而 達成上述目的，該結構分析方法係以一種結構分析震置來 執行’該結構分析裝置係執行由具有不同物理性質之 種材料所形成之分析物體之結構分析，該結構分析方法包 括將分析目標（analysis target)分割成複數個有限元素 伽如ele_S)、然後由結構分析裝置就該複數個有限元 素之每-個產生特定該有限元素之位置之位置資訊及特定 5亥有限兀素之材料之材料資訊之相關連之元素分割資料 (element division data)之步驟； 由該結構分析裝置根據該位置資訊定義將該分析目 標分割成大於該複數個有限元素之複數個單元㈣⑻而就 ^ 一個網格(mesh)依據該元素分割資料計算該複數個材料 中之-種材料在該網格中所佔有之比例之步驟； 由該結構分析裝置特定所計算之—種材料之比例超 過預定臨界值之網格，而就該元素分料料之材料資訊， 317561 (|) 1285331 將特定之網格中之複數個有 、— 訊’以重寫之方式將特定該鍅之稷數個材料之材料資 -種材料以外之材料之材料資訊取=之^料資訊由特定該 (mesh data)之步驟；以及、° 而生網格資料 根據所產生之網格資料 物理量之步驟。 、汁#在为析目標中所得到之 本發明之上述觀點之較 裝置古十瞀栌\ 孕乂佳只轭例復包含該結構分析 裒置心根據几素分割資料而計算 種材料所佔有之第—比例 斤目軚之該一 資料而計算出之分析目及根據該產生之網格 之步驟;以及當第一所= 第二_ 料之構刀析裝置藉由改變預定臨界值再產生網格資 限元月上述觀點之較佳實施例，根據該分割為有 2〜^析目標中形成複數層，該結構分析方法復包 籲而…。構'刀析裝置對各層選取(extract)與該分析目標之表 f之預定區域相對應之位置之步驟，其中，以選取之 疋義網格。 根據本發明上述觀點之較佳實施例，根據該分割為有 :素而在分析目標中形成複數層，該結構分析方法復包 ^ "亥、、’σ構为析裝置根據該產生之網格資料對各層計算在 该，，目標中該-種材料所佔有之比例之步驟；以及在該 所叶异之一種材料之比例超過高密度參考值之層時，該結 構分析I置中改變在該網格資料中所包含之預定有限元素 7 317561 1285331 = :::成該分析目標之複數種謝之該-種材 種材料之_= ’以及執行調整以使各層所計算之該-之比·在預定誤差範圍内之步驟。 復包二 之較佳實施例，該結構分析方法 ( 刀析目糕之表面之預定區域之元件 riUt的分析目標時’該結構分析裝置產生新的網 增元件之=’其中柄加的元件之網格位置與接收該新 曰㈣^析目標之表面之預定區域之網格位置相配。 復包括以，i明上述觀點之較佳實施例，該結構分析方法 及重畫^合在該分析目標表面上形成之二維座標以 表面之厚度方向之位置而界定三維座標特定網格 相门：唯；t:，以及藉由特定在該網格之厚度方向及該 、准•中相同材料之接連部份，該結構分析裝置根 據=格資料而產生將該接連材料之材料資訊及接連材料 丨之厚度與該網格位置資訊相關聯之堆疊層殼資料（stacked :y:r shel: data?之步驟’其中在該分析目標中得到之物理 里係根據该堆疊層殼資料而計算。 根據本發明上述觀點之較佳實施例，根據分割為有限 兀素而在該分析目射形成複數層，該結構分析裝置包括 預儲存（Pre-St〇ring)厚度資料之儲存部份，該儲存部份 將該分析目標之表面之位置與該多層結構之分析目標之該 層方向之厚度相關聯，該結構分析方法復包括結構分析裝 置根據該厚度資料更新網格資料之步驟。 此外， 上述之目的亦由提供可由電腦執行之程式來達 317561 8 1285331 ί式能讓電腦執行由具有不同物理特性之複數種材 目〔成之分析目標之結構分析：包括下列手段：將分析 辛為複數個有限元素後立即對各個有限元素產生元 之手段，就複數個有限元素之每—個該元素分 ;音：:有限元素位置之位置資訊以及特定該有限 2::之材料資訊相關聯；根據位置資訊將該分析目標 =2於該複數個有限元素之單元之複數個網格加以定 材料中==據f料對各個網格計算複數種 材料在該網格中之有限元素中所佔有之比例 網：而=計算之-種材料比例超過預定臨界值之 之割資料之材料資訊，將特定之網格中 式倾個材料之材料資訊，以重寫之方 、 ^ 才料之材料資訊由特定該一種材# & # > 材料之材料資訊取代而產生網格^=種材心外之 產生的網格資料算在 ’ & w及根據所 _段。 刀析目軚中所得到之物理量之手 此外，上述之目的可由 _置執行具有_::複 == 之結構分析來達成。該結構分析 #成之刀析目標 包括控制程式之儲存部； 祜. 讀取該控制程式而執行之控· 由執行該程式來實現··第一 70，★控制單元係藉 成複數個有限元素後產生於分割該分析目標 將該複數個有限元素之每—個二’該元素分割資料 特弋有限兀素之位置之位置 31756] 9 1285331 二元素之材料之材料資訊相關聯；及第-，伤，依據位置資訊定義將該分析目 數個有限元狀單元之複數個網格，而就每—個 十算該複數個材料中之一個材料在該網格 有限70素中所佔之比例；及第二產生部份特定 =個:椒比例超過預定之臨界值之網格，而就該： 格中之複數個元素之複數個材料之特定該一個材料:二 :亥一個材料以外之複數材料之材料資訊取代；以及 第二計算部份’依據所產生之網格資料計算該分析目標中 所得到之物理量。 【實施方式】 以下將配合圖式敘述本發明之實施例。然而，本發明 =技術範疇不限於該實施例，更確切而言，本發明涵蓋揭 路於申請專利範圍中之發明以及其等效之技術。 * 根據本發明之實施例，以印刷線路基板作為分析目 口此，先間單地提及用於本發明之印刷線路基板。 第1圖說明用於本發明之實施例之印刷線路基板。該 Ρ席〗線路基板1之邊緣係由裁切段（cut length ) 2所圍繞。 印刷線路基板1與裁切段2藉由肋條（db) 4連接且在沒 有肋條4之位置形成溝槽（groove ) 3。印刷線路基板1及 裁切段2係藉由切斷肋條4而分隔。 印刷線路基板1、肋條4、及裁切段2分別組成多層 、、Q才冓 ^父替配置和熱壓銅延伸分層板（copper extension ίο 317561 1285331 lamination plates )(核心材料8和銅箔6 )以及半固化片 (prepregs ) 9時’半固化片（prepreg)9顯出融炫接合效應 (melt bond effect)。在印刷線路基板表面$上塗敷形成 阻焊劑7，抑制焊料黏合。 通孔（via) 11 4以㈣1〇M内壁而連接不同線路層 之孔洞。因此，由銅箔6 (導體）、半固化片9 (電介質） 以及通孔11存在時之情況中之空氣等等所組成。 ,第2圖說明裝配電子零件之印刷線路基板ι之表面 5。第2圖顯示通孔U、球栅陣列（BallGrid Array，簡稱 ，…）支持邛伤13、小輪廓構裝（Sma11 0utline Package， 間稱sop)支持部份14、四面平整包裝（㈣d胸 ㈣喂’簡稱QFP)支持部份15料，且在印刷線路基 反1上形成連接上述部份之線路12。在第2圖之電子零件 之線路及支持部份顯示部份之架構。事實上，可配置比第 ^圖所不更多之電子零件支持部份以及形成連接該支持部 I份之複雜線路。 在該實施例之情況中，當分析目標為第工圖及第2圖 it卩刷線路基板1時或藉由結合印刷線路基板1和裁 二又*產，之部件時’利用結構分析裝置施行結構分 有I? _去藉由I割分析目標成為有限元素、定義將數個 二::而成之單元為所謂之網格、以及以網格中導體6 2，（me Of e_ent)為基礎而假定（as_㈣網格中 有限元素之材料為導體或其他材料，以簡化用於 H刀析之數值模擬之模型，藉此可縮短結構分析裝置 317561 11 1285331 之結構分析之處理時間及處理負载（load)。 使用。又疋導體之含量率之臨界值於 由預先設定該臨界值為預定信而」疋處理，而可藉 冰从丄 值為預疋值而執行向準確度模擬。此 卞糟使臨界值成為可改變的，更精確的 ^ 執行—行假定處理前之該分析 ¥體之U率及假定處理後之分析目標之導體 = 預定誤差範圍内。 里率在 第3圖顯示本發明實施例之結構分析裝置％之也 成。弟3圖之結構分析裝置3〇 :=r儲存部份二 Ϊ▲衣置I/F) 35、用以輸入資訊之輸入部份36、用以顯 為§fl之顯示部份3 7。i古此如士 # ^ …、、不 接。 ^些組成係經由匯流排34而彼此連 控制部份31包括CPU (中央處理單元）（ 示）’執㈣存於RAM32t之程式，及未: 之各部份，32為用於藉由結構分析= ^ ^ ^ ^ ^ , 八夂储存方法。儲存部份33 ^ 1_糸、統（〇peratingSystem，簡稱叫儲存各 体孝口程式以讀取至RAM 32之諸如硬碟、光碟、磁碟、或 快閃圯憶體之非揮發性儲存手段。 / 週邊裝置I/F 35為連接週邊裝置至結構分析裝置如 =介面’包含平料、USB (通用串列匯流排）琿、阳 卡片槽(_sl〇t)等等。週邊裝置範圍廣泛而包 電視調譜器、小型電腦系統介面（Small CGmpmer sy=m 317561 12 1285331

Interface，簡稱 SCSI)、麩 /寫入機、網路介面卡〃耳心置、磁碟機、記憶卡讀取 鍵盤及滑鼠、以及顯干^線通訊區域網路卡、數據機卡、 置％之形式可為有線或H。。連接週邊裝置及結構分析裝 要求= 或滑鼠之從使用一 =顯不器之顯示資訊給使用者之顯示手段。 置30可藉由桌上形侗Λ + 卞仅…構分析裝 ㈣搜彳/ 腦、筆記型電腦、PDA(個人數 位助理）、飼服器等等而執行。 人數 ，此實施例中’用以執行假定處理之 先儲存在儲存部份33。 值331為預 表332和厚产表333兮存^ %亦包含材料物理特性 又表 该材料物理特性表332係與包含於 刀斤目‘之材料及其物理特性相關聯 斑 將形成於表面5之以第lfflm同 子度表333係與 特定之點W 圖之二維座標Xy座標所 :二，析目標之厚度方向（如第⑼所示之z軸方 向）之厚度之點相關聯。 —第4圖顯示材料物理特性表332之資料組成之實例。 弟4圖之材料物理特性表332包含資料項目‘材料，及‘物理 特性值列表’。‘材料，為諸如導體、電介質、以及空 定組成材料之㈣名稱。‘物理特性值列表，為連結指、 料之物理特性之物理特性值之列表。介電常數、磁導率、 傳導係數、磁阻、以及密度料可作為項目。若參考第4 圖之材料物理特性表332以指定該材料，則可得到物 性值。 317561 13 1285331 第5圖顯不厚度表333之資料組成之實例。第5圖之 厚度表333包含諸如‘位置資訊，及‘厚度，之資料項目。‘位 置貧訊，為特定第1圖表面5上點之位置之資訊而由如第^ 圖所不之xy座標特定。‘厚度，為當印刷線路基板】在設計 階段假定厚度為爾。時，以比例來表示由‘位置資訊，所特 定之位置之第1圖中厚度方向（z軸方向）之厚度之數值。 舉例來說，假設當厚度資料之‘厚度，為8〇%時， :計：段時之厚度為5毫米—，而當使用於結構分析 時，在另一點之厚度則正規化（n〇rmalized)為斗毫米 (腿)二厚度，之表示不限定為比例而也可為長度之表示。 .产之係反映於如在結構分析中表現完成產品厚 :執行之情況。另外，當通過某些製造線時， 完成品之厚度之特性即予確定。 貝U現於该 • Π圖：敘述此實施例之結構分析裝置30之操作。 • 圖為㈣本發明之實施例之結構分析带晋如 預先指定分析目標之組成之⑽:電腦辅之助 设计）貧料係共應至該結 輔助 30根據所供應之cAD資料、。该結構分析裝置 元素且產生元素分割資料334二目標成複數個有限 素分割資料334儲存於儲存部份^。。接者將所產生之元 限元Ϊ步構分析裝置3〇使用立方體(一)作為有 限兀素例如，藉由輸入cad_工 ）作為有 (Poynting，—種 ，、 貝料至坡印廷 菜電的），則可將作為分析目標之 14 317561 1285331 印刷線路基板，分割成微小的立方體。 第7A圖顯示作為有限元素之立方體而第7B圖說明元 素分割資料334之資料組成之實例。分析目標係分割成第 7A圖所不之微小立方體7〇能夠特定各個有限元素之材料 個有限元素之位置係藉由例如特定立方體之角 特定方體7Q之角在此已知為節點且根據在力 :點；1之位/ (2軸方向）而分割為較上方之節點（第- _ i t 四節點74)以及較下方之節點（第五節點7 至第八節點78)。 f卢之疋素分割資料334包含‘元素1D，、‘層編 t儀：：‘節點’、以及‘材料’作為資料項目。‘元1 爲刀配則日疋各個有限元素之識別符（identifier)。 別符，一編層號之d:中容納有各個有限元素之‘層，之識 • 70之高度。更样二佈置作為有限元素之其中-個立方楚 限元素之較上方有限元素所屬之制#由各㈣ 第五節點）之2坐;^第一節點）以及較下方節點（如 關係來表示，4有=特定。若以第1圖所示之線路層之 之高度之情況路層對應佈置—個有限元素所產生 產生之高度之情況線路層對應佈置複數個有限元素所 之座表示第7…特定立方趙7。之角 4圖材料表中之‘材^各個疋素之組成材料之材料名稱（第 y、）。如第7Β圖所示，於接連佈置同 317561 15 I28533l =料=況：’即使當元素1 D不同也會有材料相同的 來特— J艮凡素之位置不只藉由立方體70之角座標 、疋，也可藉由如結合第—節 黑色圓圈）及立方趙之-邊之長度來特(定弟。7A圖中之貫心 鄉回由：第牛6圖’當完成步驟82處理時，結構分析裝置 分nr2中所分割之比有限元素大之單元而定義 sVi刀析目標之網格且產生網格資料335 (S4)。於4 S4中，將分割為有限元素之分 於4 維平面…圖之xy座標):==層並投射至二 及，當佔用網执> …、後對―、准平面定義網格以 田佔用、、、同格之導體之比例等於或大 則假定在網格之整卩卩+ | 、預疋^界值時， 定處理。^有限7^之材料為導體。因此執行假 由袁3 j 2 : # # MS時’結構分析装置Μ藉 ^予度表333而執行厚度校 在厚度表333之‘厚度，為表二如弟5圖所示， 之厚度方向（第轴方向）之定之位置 以假定當印刷線路基板i在設 2讀值，該數係 之比你丨本-各 寸匕奴時為100%作為基礎 置30可二立^二在步驟S6 f之處理，結構分析裝 置針對立方體70之邊 比例加權的計算數值以作為各層之厚=U所特定之 以上述處理（亦包合牛 產生之網格資料為基礎厚度之情況）所 答器程式（剛度方裎1魅、土 , · ·、置30猎由使用多種解 以執行結構分析，（S8) ^ /::叫贈―她㈣） 糟由使用如結構分析解答器、 317561 ⑧ 16 1285331 --流體分析解答器、或震動分析解答器（shock analysis .S〇1Ver )作為解答器程式，結構分析裝置30會對印刷線路 基板執行如熱導分析、熱應力分析、或震動分析之多種 析。 此外’在第6圖步驟S4中產生網格資料335之處理， 結構分析裝置3〇可根據一次產生之網格資料來計算各層 導體之含量率，且對於計算後之導體之含量率超過預先設 _定之高密度參考值之層，結構分析裝置3〇可改變有限元素 之材料為除了導體以外之材料以減少導體之含量率及更新 網格貧料335。在此處理中，針對各層計算之導體含量係 凋整至預定值範圍内。由此，線路密度在各層中達到平 衡且可在結構分析模擬中採用使抑制印刷線路基板之翹曲 (warpage)成為可能之網格模型。 第8圖說明在第6圖步驟S4產生之網格資料之觀點。 =8A圖說明以元素分割資料334為基礎之網格模型，而 _第8B圖說明以網格資料為基礎之網格模型加 第8圖之網格81係定義為在4χ 4有限元素依序放置 之四方形。此外，設定臨界值為例如5〇%。此外，導體係 以填滿黑色正方形表示而非導體則以白色正方形表示。 在苐8Α圖之元素分副模型之情況，在右上角之網格 82中十六個有限元素中之導體數目為六。因此，網格 之$體數目小於50%，因而在步驟S4之過程中，所有在 網格82中之有限元素係視為非導體（如電介質）。 在網格82下方之網格83之情況中，十六個有限元素 17 317561

1285331 中之‘體數目為八。因此 於50%，因而/〇 ϋ體數目係等於或大 元素係視為導^中，所有在網格83中之有限 之㈣模型（以及對應網格資料）。1生弟8圖所示 生處為說明在第8圖中步驟S4所示之網格資料產 ^圖。結構分析裝置3〇計算在網格中導體含量 含之有r元:結構分析裝置3。藉由特定在㈣^ 您有限兀素而定義網格。 網格素分割資料334且可計算各個 之__ 為導社有轉料之_。特定 之只例顯不於第8圖中。 否等構分析裝置判斷在步請之導體含量率是 否專於或切預定臨界值（ 部份33中於預先 員疋^界值係儲存 似士如、i 乍為界值331 (例如50%或相 S4rL)當導趙之計算含量率等於或大於預定值時（在 /、、 則結構分析裝置30將網格内所含之有限元 素之材料界定成‘導體，（S43)。 “之有限兀 當所計算之導體之含量率為小於預定臨界值時 定成°構为析裝置30將網格所含之有限元素界 複:種::料(…例如’若有除了導體以外之 :=:，則選擇除了導體以外之含量最高之材料。若 ”有一種料體之材料，騎擇該種非導體之材料。 據各mi於步驟S43及步驟⑽之處理結果，藉由根 口桃中導體之含量率而將在步驟S2中產生之有限 317561 18 1285331 3^5素貝π枓之4材料’以導體和非導體來代替而產生網格資料

的材rb=相同網格中所含之有限元素有接連出現相同 曰7材科，因此，結合的咨粗 J 、 、枓可如下圖所示之網格資料。 第10圖為網格資料335之資料組成之實例。第 貧料將在相同網格所含之有限元素整合 ; 與網格位置資訊之關聯簡單而易懂由於貝科匯集之結果使得 應元素第:表圖、7:^^ 之資料項目。“網格瓜，，俜^占―體含置，、以及‘材料， 符。 係為刀配以特定各個網格之識別 辛列特定各個網格所屬之層之識別符。‘對應元 見 =爾所含之有限元素之複數個 ‘導體第含:至為 數值為顯不各個網格所含之有限元素中導體比例之 (在第4 g:二為特疋各個網格之組成材料之材料名稱 I在弟4圖之材料表中 行 定係說明於第8圖及篦 / 。網格之組成材料之測 步驟S43及…。 口 田疋成步驟S43及S44 $ _扭斤,4-^ 30判斷^完成對所有網二二二 Μ之處理(S45)。若存在未處理之網格⑽否) 317561 1285331 則回到步驟S41而重新開始處理。 田兀成對所有網格之步驟S41至步驟以4之處理 (S45疋）呀，結構分析裝置30以網格資料335為基礎 而計算各層之導體之含量率。因此，計算出第8B圖所示 之假定處理後之網格模型之導體含量。 ^匕外、、Ό構刀析裝置30以元素分割資料334為基礎 而计异各層之導體之含量率並且與步驟s46所計算之導體 含虿相比較（S47)。以元素分割資料334為基礎之導體 含量為在第8A圖所示之缺處理前之元素分割模型中之 當假定處理m之後之導體含量率之差係在預 疋决差範圍内日守（在S47，|Y)，則結束網格資料產生 處理而進行後來階段之步驟S6之處理。纟s47所採用之 疾差範圍為預先儲存於儲存部份33。 當假定處理之前以及之後之導體含量率之差不在 ^差範_時（S47,否），縣構分析裝置30改變儲 =儲存部份33之預定臨界值（S48)。例如，若 桓型之導體之含量率大於元素分割模型之導體含量。 則結構分析裝置30提高㈣界值。藉由提高臨界值，可 ^網格㈣中導體之比例。在相反情財，結構分析; 、〇降低界值則可增加在網格模财導體之比例。杏6 成步驟S48之處理時，回到步驟S41以執行處理。田义 雖然網格資料335係產生於在第6圖所示之流 結構分析裝置30可自動從網格資料產生堆疊層咬資料 317561 20 1285331 ' (stackedlayer shell data) 336，其資料尺寸係進一步壓 縮。例如’結構分析裝置30於第6圖之步驟s4和S6間 執行如下圖所示之堆疊層殼資料產生處理。 第11圖為說明從網格資料產生堆疊層殼資料之處理 * :程圖、、、σ構刀析裳置3 〇從網格資料3 3 5中設立二維殼 模型（S51)。藉由以在不同層而有相同的第一至第四節 點之二維座標特定網格，以及藉由依序從最小2軸座標值 • ^網格開始放置，而設立二維模型。gp，當投影各層於巧 平面日守’依序放置重疊之網格。 此外，結構分析裝置3〇對整合於二維網格模型中之 ^個網格特定在厚度方向之接連的材料（S52)。該結構 刀析裝置30接著對各個材料視接連的層之數量而計算各 個材料之厚度，並產生堆疊層殼資料330 ( S53)。 第12圖為堆疊層殼網格資料之資料組成之實例。第 12圖之網格資料包含諸如‘二維網格ID，、第一至第四‘節 _點’以及‘材料和厚度列表，之資料項目。 ^二維網格1D，為特定當存在於厚度方向（第1圖之z 軸方向）之層形狀之網格係投影至二維平面 車由方合、士 μ、Ay σ 日守’由相同節點指定之網格之識別符。第一 四‘筋il·，主-十 币 ”、、表不正方形之二維網格之角之座標。 肀材料和厚度列表’為在厚度方向之成對的該接連的材 ^及^度。該厚度可為實際長度或接連的層之數目。在後 的情況中，若已知立方體7〇之邊長，可根據 數相計算實際長度。 〕3之

317561(D 1285331 §使用第1 2圖戶斤余少士奋晶 _ 圖之步驟S6之於不声命、*曰叙貧料336時，在第6 昭 表，中之各個材二=交:處理中’在‘材料和厚度列 第5圖之厚戶/=度係乘上例如網格中心之位置（參用 圖之二維網才之厚度，之比例。例如，當在第 時，藉由將對扉材料^周格中間位置之厚度設定為_ 值係校正成為ft 享度τη乘上0.8所界定之數 維網格ID為\ 6圖中步驟s6之材料Ml之厚度。於二 行相似處理之網格所包含之其他材料奶及M3,亦執 方塊mm明之實施例之結構分析M3G之功能 兄^ „亥結構分析裝置30 =;4第—計算部份312、第二產心^ =1二第三產生部份315、以及調整部請。：制 係實施為可藉由控制單元所包含 第-顯示）執行之程式，但也可藉由硬體實施。 並產生將材料票分割 有限12定義將分析目標分割為大於複數個 有70素之早凡之複數個網格，並根據元 個網格計算網格中所含之導體含量。 心枓對各 第二產生部份313特定經計算之導體 臨界值之網格’並在元素分割資料之材料資：中=: 格資料335’使其可代替在指定網格中所含 之 材料作為導體。第二計算部份-使用多種解答^根據 22 317561

(I 1285331 網格資料計算在分析目標巾產生之物理量並輸出該分析目 標。 此外，結構分析褒置30可包含用以產生堆疊層殼資 料336之第二產生部份316，該堆疊層殼資料州藉由從 網格資料以相同二維座標特定在厚度方向相同材料之接連 部份而將接連材料及該接連材料之厚度與網格位置相關 聯。在此情況下，第二計算部份314可將第三產生部份⑼ 所產生之堆登層殼資料轉送至各種解答器並執行結構分 析。 此外，結構分析裝置30可包括調整部份316，該調整 部份根據網格資料335計算各層之導體之含量率，並藉由 改’交有限70素之材料成為除了導體以外之材料而執行調 整，使得各層所計算之導體含量率落在預定值範圍内，以 減少經計算之導體含量率超過高密度參考值之層中之導體 含量率。 在以上敘述中，已敘述在執行印刷線路基板i之結構 分析之情況。然而，此實施例也可應用在藉由結合印刷線 路基板1和裁切段2所產生之物體之結構分析之情況。此 外此貝施例也可應用於藉由選取印刷線路基板丨及裁切 段2之部份而執行結構分析之情況。 第14圖說明藉由選取印刷線路基板丨之部份而執行 、、σ構刀析之觀點。在第14圖中提供晝面141，該晝面顯示 藉由選取帛2圖所示之BGA支持部份13在預定溫度中執 仃應力之分析之結果。例如，區域142為分類為翹曲大之 317561 23 1285331 • 區域。 • 此貫施例之結構分析裝置30亦可執行使用設置於印 刷線路基板1電子零件作為分析目標之分析。例如，如第 W圖所不，此貫施例亦可應用於設置在支持部份ο 上之BGA143之結構分析。此外，在此情況下，形成於 BGA上之網格可具有與設置嶋143之bga支持部们3 相同之佈置。當藉由使在電子零件一側及電子零件設置之 ❿斤側之網格定義相對應，利用多種解答器之分析時，運用 簡單限制條件及環境條件等而設置電子零件時，簡單地執 仃印刷線路基板之結構分析亦成為可能。 ， 根據上述實施例，結構分析裳置30可從指定印刷線 Γ基二：形狀之CAD資料而自動產生網格資料至結構分 斤解合态。此外，該產生之網格資料係經簡化（壓縮）， 使得網格單元具有單一材料特性。因此，結構分析裝置3〇 可對網格中之各個有限元素執行所需在較短時間之結構分 ⑩^以及以較用以指定材料特性之較f知技術低負载 异0 此外，結構分析褒置30可對各層比較簡化（假定處 理）之前及之後之導體含量率，以及改變用於假定處理之 臨界值至預定誤差範圍内，藉此避免因簡化而導致預測準 確度下降。結構分析裝置3〇亦可藉由選取該印刷線路基板 之部份而執行結構分析。 而且，結構分析裝置30對設置在印刷線路基板上之 電子¥件以及在基板側上接收電子零件之部份定義相同網 317561 ⑤ 24 1285331 格，藉此可在短時間準確預測 線路基板上之處理之敎“置電子夺件至印刷 檢查減少勉曲對二之翹曲，以及可事先 而在印刷線路基板之製造處^H/亦4可能’ 行鍾曲等之預測。 、、，構刀析裝置30亦可執 因此本發明可提供節省分 度之結構分析方法。 刀析$間而不降低預測準確 【圖式簡單說明】 I帛1 ®說明料本發时_之印觀路基板； f2圖說明設置電子零件之印刷線路基板之表面； 第3圖說明本發明實施例之結構分析裝置之組成； 第4圖顯示材料特性表之資料組成之實例； 第5圖顯示厚度表之資料組成之實例； “第6圖為說明本發明實施例之結構分析裝置之操作之 流程圖； 第7A圖顯示作為有限元素之立方體； 第7B圖顯示元素分割資料 < 資料組成之實例；

第8圖說明產生網格資料之一觀點，其中第8八圖為 以元素分割資料為基礎之元素分割模型，第8b圖顯示以 網格資料為基礎之網格模型； 、V N 第9圖為說明網格資料產生過程之流程圖； 第10圖為網格資料之資料組成之實例； 第11圖為說明自網格資料產生堆疊層殼資料過程之 流程圖； i 317561 25 1285331 ==堆疊層殼資料之資料組成之實例； 塊示意圖；^本發明實施例之結構分析|置30之作用方 苐14圖說明藉由撰 構分析之一^ 稭由&取印刷線路基板之部份而執行結 心規點。 主要元件符號說明

印刷線路基板 裁切段 溝槽 肋條 表面 銅箔 阻焊劑 核心材料 半固化片 鍍層 通孔 線路 球柵陣列支持部份 小輪廓構裝支持部份 四面平整包裝支持部份 結構分析裝置 控制单元 RAM 1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 30 31 32 26 317561 ⑤ 1285331

33 儲存部份 34 匯流排 35 週邊裝置連接介面 36 輸入部份 37 顯示部份 70 立方體 71 〜78 節點 81 〜83 網格 311 第一產生部份 312 第一計算部份 313 第二產生部份 314 第二計算部份 315 第三產生部份 316 調整部份 334 元素分割資料 335 網格資料 336 堆疊層殼資料 141 晝面 142 區域 143 BGA 331 臨界值 332 材料物理特性表 333 厚度表 x，y，z 轴向 S2〜S53 步驟 27 317561

(D

Claims (1)

1285331 rj'·" 第94了3777〇號皆利申請案 申請專利範圍修正本 . (95年2月9曰） 1· -種以結構分析裝置執行之結構分析方法，其中該社 構分析裝置係執行由具有不同物理性質之複數種材= 所組成之分析目標之結構分析’該方法包括下列步驟： 於將該分析目標分割為複數個有限元素 結構分析裝置中產生元素分割資 隹 係針對各有限元素將用以特定該有限二位= 資訊素材料之材料資訊相關聯; 在、、、口構刀析裝置中，以位置資 — :算在網格"包含之有限:素 中之一種㈣之比例； ⑬歎種材科 在結構分析裝置中，特定經 超過預定臨界值之網格，而為該;；八一種=斗之比例 之材料之材料資訊由該==網格之有限元素 代；以及 種材科以外之材料資訊取 在結構分析裝置中，根據 一 該分析目標中所得到之物理量。為格資料計算在 如圍第1項之結構分析方法，復包括 ，、、。構分析裂置中，獲得根據該元素分割資料而計 317561(修正版) 1 1285331 — 丨 9β 2. 1 \ 算出之該一種材料在分斤目標所佔有之第一比例，以 及根據該產生之網格資料而計算出之該一種材料在分 析相標中所佔有之第二比例；以及 當第一及第二比例未落在預定誤差範圍内時，藉由 改熒預定臨界值而在結構分析裝置再產生網格資料。 3.如申請專利範圍第1項或第2項之結構分析方法， 其中根據該有限元素之分割，在該分析目標中形成 複數層， 其中該方法復包括在結構分析裝置中為該複數層 之每一層抽取與該分析目標之表面之預定區域相對^ 之位置，以及 其中就該抽取位置定義 4·

如申凊專利範圍第1項或第2項之結構分析方法， 其中根據該有限元素之分割，而在該分析目標中形 成複數層，而 其中該方法復包括： 在^分析裝置，為該複數之每—層根據所產 :格:：獲取在該分析目標中該一種材娜有之比 考值；：之该層之一種材料之比例超過高密度參 預定有限Ϊ構分析裝置改變包含在該網格資料中之 材料中之^料魏為形成該分析目標之複數種 二之除了該-種材料外之材料之材料資訊；以及 執仃调整以使所獲取之該複數層之每―層之該一 317561(修正版） 2 1285331 ea 種材料之比例落在預定誤差範圍内。 5· 如申請專利範圍第1項或第2項之結構分析方法，德 包括： 當增加至該分析目標之表面之預定區域之元件 (member)為新的分析目標時，在結構分析裝置形成新 的網格資料， 上其中該增加的元件之網格位置與接收該增加元件 6· 之邊分析目標之表面之預定區域之網格位置相匹配。 如申請專利範圍第1項或第2項之結構分析方法复 包括： '以藉由結合在該分析目標表面上形成之二維座標 =垂直該表面之厚度方向之位置而界定之三維座標 知·疋該網格位置資訊之步驟；以及 結構分析裝置’藉由特定在該網格之厚度方向及 =同二維座標中相同材料之接連部份，根據該網格及 貝料建立將該接連材料之材料資訊 。 與該網格位置資訊相關聯 ° 才料之厚度 篁貝Λ相關聯之堆豐層殼資料之步驟， 八中在該分析目標中得到之 層殼資料而計算。 里係根據該堆疊 如申請專利範圍第1項或第2項之結構 其中根據該分割為有限元素步 ' 中形成複數層， 、—而在該分析目標 其中該結構分析裝置具有用以 一 儲存部份，該厚度資料係將該目=度貧料之 曰才示之表面之位置 317561(修正版） 3 1285331 與該多層結構之分析目標之該層 以及 门之厗度相關聯， 其中該方法復包括根據該厚度資 裝置更新該網格資料。 /、、，口構刀析 8· 一種資訊記制體，射錢_ 形成之分析目標之結:::: 執订下列步驟之程式： ，該分析目標分割為複數個有限元素後立即在 、:構:刀析裝置中產生元素分割資料，該元素分割資料 仏針對各個有限元素將用特 ° 要次> b 竹疋β有限兀素位置之位 耳=㈣用以特定該有限元素材料之材料資訊相關 析目資㈣義複數個網格，該複數個網格將該分 在結構分析裝置中分割成大於該複數個有限元 二早兀，且根據該兀素分割資料對各個網格計算包 ::網格中之有限元素中複數種材料中之 佔有之比例； =結構分析裝置中，特定經計算之—種材料比例超 =預疋臨界值之網格’而為該元素分割資料之材料資 2產生網格資料’將含在該特定網格之有限元素之 ^料之材料資訊由除了該一種材料以外之材料資訊取 代；以及 在、、、°構刀析叙置中，根據所產生之網格資料計算在 μ分析目標中所得到之物理量。 317561 (修正版) 4 1285331 9· 41別¥)正替換頁I 種結構分析裝置，；—一J 材料所形成之分析目具有不同特性之複數種 知之結構分析，包括： 具有控制程式之儲存部份；以及 讀取和執行控制程式之控制單元， 控制二中乂控制早凡係藉由執行該控制程式而實施該 元辛：立t ΐ:伤’於將該分析目標分割為複數個有限 對各有限元素特定該有限=位=分割資料係針 转宏吁古ΚΡ _主』句丨艮兀素位置之位置資訊與用以 特疋该有限兀素材料之材料f訊相關聯； 第一計算部份以位置資 !網格將該分析目標分割成大於該複數 r’且根據該元素分割資料對各個網格二= =包含之有限元素中該複數種術之_;= 佔有之比例； 種材料所 弟一產生部分，該第二產生邻公胜— 種材料之比例超過預定 σ寺疋該經計算之一 割資料之該材料資飞H界值之網格’而為該元素分 格中之有限元素::=!㈣含在該特定的網 料以外之材料之^ : H以除了該-種材 訊；以及材U取代該—種材料之材料資 第十邛份，根據所產生的網格資料★ 析目標中所得到之物理量。 、叶异在該分 jo·如申請專利蔚囹 乾圍弟9項之結構分析裝置，其中該第一 5 3】756](修正版） 1285331 「 {久：..： .飞…，.…一—ί 計算部份復計素分，割^而計算出之分析 目標之該-種材料所佔有之第—比例，以及根據該產 生之網格貧料而計算出之分析相標之該一種材料所佔 有之第二比例；以及 • 當第一及第二比例未落在預定誤差範圍内時，第二 產生邛伤藉由改變預定臨界值而再次產生網格資料。 U.如申請專利範圍第9項或第1〇項之結構分析裝置，其 • 巾根據分割為有限元素而在該分析目標中產生複數八 層， ⑥其中該第一產生部份藉由對各層選取與該分析目 標之表面之預定區域相對應之位置而產生元素分割資 料，以及 / 其中該第一計算部份係關於該選取區域而定義該 網格。 φ 12.如申請專利範圍第9項或第ι〇項之結構分析裝置， 其中根據分咅彳為有限元素而在該分析目標中形成 複數層， ' 其中該裝置復包括調整部份·· 對各層計算根據該產生之網格資料之在該分析目 襟中該一種材料所佔有之比例； 在該一種材料所計算之比例超過高密度參考值之 層時，改變在該網格資料中所包含之預定有限元素之 材料資訊為形成該分析目標之複數種材料中之該一種 材料外之材料之材料資訊；以及 6 317561(修正版） •I28533l 執行調整以使各層所計算嗲— 在預定誤差範圍内。&之”亥種材科之比例落 圍第9項或第㈣料m 的表面，預定區域之元件為新 .以及 汁异部份復產生新的網格資料， • μ朗加的元件之_位置與接㈣增加 u :;:Γ標之表面之預定區域之網格位置相配。 如申^專利範圍第9項或第10項之結構分析装置， 八中该網格位置資訊係藉由結合在該分析目標表 形=二維座標以及垂直該表面之厚度方向 置之二維座標而定義； 其中該裝置復包括： 相同ί=^:同藉材由：定广該網格之厚度方向及該 料，產生料垃垂 連部份，根據該網格資 與該網格位置料之材料資訊及接連材料之厚度 二一 貝Λ相關聯之堆疊層殼資料，以及 標4=::，根據堆疊層殼資料而計算在分析S Hd巳圍第9項或第10項之結構分析褒置’豆 上刀=!广元素而在分析結構形成複數層，’、 分析表面之位置與該多層結構之 先儲存在錯存；份=度相關聯之該厚度資料為預 資料其中該第二產生部份根據該厚度資料更新該網格 317561(修正版） 7