SMA的动态特性分析技术

SMA的动态特性包含温度、应力、应变、电磁兼容性等力学、物理性能的动态变化。 随着SMA的微型化，这些动态特性对产品组装质量、性能的敏感度越来越大，其科学设 计不仅需要，而且在三维高密度SMA之类的产品设计中已成为必不可缺。

1. SMA热分析设计

温度是影响电子元器件工作可靠性的主要因素。温度直接与若干通常有损于电子元 器件和电子设备的可靠性和性能的物理或化学过程相关，就半导体器件而言,对温度过 高、过低及其变化极为敏感,通常高温会使集成电路的特性发生变化。集成电路的许多退 化及失效机理与温度相关,如腐蚀、扩散等。高温会使这些机理的作用加速，因而使元器 件可靠性降低。此外,温度的升高还会带来集成电路漏电流加大、对噪声的敏感度提高、 工作点漂移、增益不稳定，甚至热击穿等一系列的不利影响。实践证明：集成电路结温每 升高ior，故障率就将提高1倍左右。

表面组装电路模块内部元器件排列紧凑，组装密度高，温升突出，散热较为困难。为 了确保表面组装电路模块可靠性高、性能稳定、寿命长，有必要对表面组装电路模块的环 境应力和安装方法以及对表面组装电路模块热场分布进行热应力分析研究，并基于分析 结果，采用合理的热设计方法,保证表面组装电路模块在允许的温度范围内可靠地工作。

表面组装电路模块的热场可以用偏微分方程描述。在各种热场问题的模型及其数值 解的方法中，有限元分析法特别适合解决具有复杂边界的偏微分方程的定解问题及求解 过程的向量化，因此这里采用有限元分析法对表面组装电路模块进行热分析。有限元分 析法是指利用计算机来求解数学物理中或工程实际中的微分方程问题，主要是偏微分方 程问题的一种系统化的数值计算方法。其基本思想概括地说就是“分块逼近”、“分解合 求”。即将求解区域划分成有限个互相不重叠的子区域，也即“单元”，而方程所要求的近 似解将由各个单元中的近似函数逼近，最后再从总体角度出发,考虑相关因素，得出一个 符合条件的满意解。

对表面组装电路模块进行热分析可选择采用ANSYS作为分析工具。ANSYS是现 今用于有限元分析和设计中最强大的通用化工具软件之一，广泛应用于航空、汽车、电子 等许多行业,是第一个通过ISO 9001质量认证的有限元软件。它能解决不同领域中的各 种各样问题，除具有强有力的结构分析功能(线性静力分析，非线性静力分析，线性动力分 析，非线性动力分析)之外，还针对其他一些领域,如电场、磁场、热场、流场等提供了专门 的算法和分析功能。它还具有很完善的前处理、求解和后处理功能。在后处理模块中，强 大的图形功能也使得结果分析变得更加形象和直接。

某三维立体组件的热分析模型,该立体组件由3块水平安装、2块垂 直安装的PCB共5块PCB组成,其中在3块水平PCB上组装有集成电路芯片。

为了使模型求解过程简洁特做如下假设：

(1)假定每一块印制电路板都是四方体形，且忽略掉小的倒角、圆角及孔洞等；

(2)印制电路板扁平，其上面除了元器件外没有初始封装等；

(3)电路板统一,均衡；

(4)元器件在印制电路板分析中的几何形态并不一定是实际的产品几何形态。