PCB 열 설계 최적화 작업 가속하는 3대 CAE 기술 응용 방안

2021-03-25 10:30~12:00

㈜브이이엔지 / 박준 CTO(브이이엔지) / 배종선 대표(다쏘시스템코리아)

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세션 미리보기
세션 1	박준 박사(CTO) (브이이엔지)	- PCB 제조공정 상의 불량 예측 및 사전 설계 대응을 위한 Abaqus 해석
세션 2	배종선 대표 (다쏘시스템코리아)	- CST를 활용한 PCB의 Thermal 및 EMI EMC 해석

전기/전자제품에 대한 요구 사항과 기술이 고도화됨에 따라 설계/제조 공정 상의 많은 오류 및 불량 문제가 발생하고 있습니다. 그래서 설계 단계에서부터 제조 공정과 제품의 구조적, 전자기적 해석 검증의 필요성은 나날이 더욱 커지고 있습니다.

이에 따라, 본 온라인 세미나에서는 PCB 및 PCB가 장착된 전자 제품들에 대한 해석(CAE) 기술을 공유해 드리고, 사전 검증을 통해 제품 개발 및 제조 단계에서 신뢰도를 높이고, 기간은 대폭 단축할 수 있는 방안을 제시해 드립니다.

1. PCB Warpage Simulation

PCB는 신호층과 유전층이 순차적으로 적층되며, 제품에 따라 적게는 수개에서 많게는 수십개의 층으로 이루어진 다층 구조를 가집니다. 완성된 PCB를 제작하기 위해선 열 하중을 부여하는 공정이 필수적이며, 제품 특성 상 운용과정 중 전기적 특성에 의해 유도된 열에도 많이 노출될 수 밖에 없습니다.

이런 환경에서 PCB는 열적 불균형에 의해 본래의 형상을 유지하지 못하고 휘어버리게되는 현상이 발생하게되며 이러한 현상을 통칭 “Warpage” 라고 말하고 있습니다. Warpage 현상을 일으키는 요인으로는 제작 공정 상의 환경, PCB 설계 두께 및 크기, 동박 패턴 등 여러 요인이 있지만 근본적인 요인으로는 각 층간 열팽창계수가 서로 일치하지 않기 때문입니다.

PCB 제품의 소형화, 고출력화, 고실장화가 가능해지면서 가볍고 전력소모가 적은 제품의 상용화가 가능해졌지만 열 밀도가 높아짐으로 인해 Warpage 현상의 발생 위험은 증가하고 있습니다.

과거 제품 개발 사이클에서는 기술자의 경험과 노하우만으로 설계가 이루어지고 많은 시제품의 제작과 시험을 통해 Warpage 불량에 대한 검증 및 개선이 이루어졌습니다.

이러한 제품 개발 사이클은 많은 비용과 오랜 시간을 필요로하고, 불량 현상에 대한 개선 방안이 오직 기술자의 경험에 의존해야만 한다는 단점도 있습니다. 그런 상황을 극복하고자, 해석적 불량 예측 기반의 제품 개발 프로세스가 이루어지고 있습니다.

먼저 휨 현상에 대한 해석은 주로 유한 요소법을 사용합니다. 다쏘시스템의 시물레이션 전문 브랜드인 시뮬리아에서 제공하는 비선형 해석 툴인 Abaqus를 이용하여 해석을 진행합니다. 해석 준비 단계에서 PCB에 대한 유한 요소 모델링이 필요합니다. 하지만 PCB 구조의 복잡성으로 인하여 해석 시간을 줄이기 위해서는 Trace mapping 기법을 적용합니다. 이 방법은 전체 레이아웃을 여러 개의 단위 조각으로 분할하여 해당 단위 조각 내에 존재하는 재질 별 체적비를 적용하여 등가 물성을 구성합니다.

예를 들면, 하나의 층에 동박 패턴이 50% 존재하고, 유전체가 50% 존재한다면 해당 층은 구리의 재질 특성 50% 수준과 유전체의 재질 특성 50% 수준이 혼합된 특성을 가진다고 가정하는 것 입니다. 구성된 유한 해석 모델에 열 하중과 기구적인 구속 상태를 적용하여 PCB의 휨을 비선형 해석을 통하여 변형 및 응력 상태를 구해 낼 수 있습니다. 해석 모델 작성과 관련해서는 VENG에서 공급하는 PCB Modeler Plug-in을 통해서 휠씬 더 쉽게 적용할 수 있습니다.

2. Chip 배치 최적화
휨을 최소화 하기 위하여 칩 배치를 변경할 수 있다면 시뮬리아에서 제공하는 Isight와 Abaqus를 통하여 그 배치를 최적화 할 수 있습니다. 이런 최적화 프로세스를 통해서도 열 하중에 의한 PCB의 휨 현상이 아주 없게 할 수는 없지만 그 영향은 최소화 할 수 있는 배치를 찾을 수는 있습니다.

3. 전자 제품 및 자동차 전장 부품 발열 및 EMC / EMI 해석
전자기기 및 자동차 전장품의 고도화와 PCB 수요 증가로 인하여, PCB의 발열과 EMI/EMC 해석의 중요성 또한 커지고 있습니다. 본 세션에서는 PCB 개발 및 PCB를 실장착한 상태에서의 주된 불량 원인인 발열과 EMI/EMC 시뮬레이션에 대해 전달해 드리고자 합니다.

(주)브이이엔지 박준 CTO(브이이엔지) / 배종선 대표(다쏘시스템코리아)

웨비나 댓글

43 Comments: 신*일 (2021-04-01 오전 11:17:49); 좋은 세미나 감사드립니다.; 남*연 (2021-03-25 오후 3:59:06); SoC가 올라간 SBC를 개발중인데 참고가 될것 같습니다. 감사합니다.; 조*식 (2021-03-25 오전 11:44:59); EMC와 열문제는 고질적인 것 같아요. 자사 제품에 적용한 방법론 개발에 힘써보아야 겠습니다.; 김*석 (2021-03-25 오전 11:35:06); 당첨되면 좋겠다!; 박*직 (2021-03-25 오전 11:27:54); 고전력 제어 회로 설계시 아주 큰 도움이 되겠습니다.; 김*화 (2021-03-25 오전 10:49:59); 요즘 온도 시험 스펙이 높아져 어려움을 겪고 있는데 좋은내용 시청하고 있습니다. 열심히 배우겠습니다. 감사합니다.; 강*주 (2021-03-25 오전 10:39:09); 현재 산업 트렌드에 필요한 내용입니다. 경청 하도록 하겠습니다 감사합니다!; 박*철 (2021-03-25 오전 10:25:25); 유익한 웨비나 감사합니다; 김*환 (2021-03-25 오전 10:17:45); 유익한 웨비나가 될 듯 하네요; 배*역 (2021-03-25 오전 10:05:28); 세미나 준비해 주셔서 감사합니다.; 박*련 (2021-03-25 오전 10:02:17); 방열 업무에 유용한 정보가 될 것 같습니다.; 김*용 (2021-03-25 오전 9:55:18); 기대됩니다. 잘 듣겠습니다.; 김*문 (2021-03-25 오전 9:54:56); 유익항 세미나 기대합니다; 김*주 (2021-03-25 오전 9:53:48); 기대합니다.; 정*상 (2021-03-25 오전 9:51:22); 세미나 준비해 주셔서 감사합니다.; 강*호 (2021-03-25 오전 9:48:25); 기대됩니다; 김*석 (2021-03-25 오전 9:45:46); 기대됩니다.; 이*선 (2021-03-25 오전 9:35:02); 안녕하세요; 김*겸 (2021-03-25 오전 9:20:43); 좋은 내용 부탁드립니다.; 김*호 (2021-03-25 오전 9:06:21); 유익한 내용 기대됩니다!; 이*진 (2021-03-25 오전 8:56:59); 기대합니다.; 최*휴 (2021-03-25 오전 8:41:57); 완전 기대합니다.; 이*승 (2021-03-25 오전 8:11:13); 좋은 방송 기대합니다.; 김*균 (2021-03-25 오전 6:49:02); 기대 만땅!!; 이*진 (2021-03-22 오전 8:45:49); 기대합니다.; 신*영 (2021-03-22 오전 8:44:41); 기대합니다.; 최*휴 (2021-03-22 오전 8:20:00); 완전 기대합니다.; 김*길 (2021-03-18 오후 9:36:08); 좋은세미나 기대됩니다; 김*림 (2021-03-18 오전 10:42:07); 기대 됩니다~!; 신*욱 (2021-03-17 오후 7:51:18); 감사합니다.; 조*식 (2021-03-17 오후 1:36:08); 기대가 큽니다~! 유익한 세미나가 될 것 같습니다; 배*역 (2021-03-17 오전 11:03:35); 유익한 세미나가 될거 같습니다. 감사합니다.; 이*준 (2021-03-17 오전 9:36:16); 어려운 과제중의 하나인 열 설계를 준비해 주셔서 감사드립니다.; 최*민 (2021-03-17 오전 9:33:28); 자동차 전장품 전용이 증가하면서 다양한 emi emc 이슈들이 발생하고 있습니다. 관련한 제품 설계에 도움이될 좋은 주제 준비해주셔서 감사합니다.; 정*호 (2021-03-17 오전 8:49:14); 26층 다층 기판 설계 중인데 유익한 세미나가 될것 같습니다.; 안*균 (2021-03-17 오전 8:08:37); 기대합니다; 강*우 (2021-03-15 오후 8:03:51); 중요한 내용의 세미나 입니다.; 이*열 (2021-03-10 오전 9:12:46); 유익한 세미나가 될거 같습니다. 감사합니다.; 김*현 (2021-03-05 오전 10:49:15); 브이이엔지 입니다. CST Studio Suite의 경우 PCB를 3D로 Import 하여 PCB를 분석하고, 발생하는 줄 열 및 소자 발열이 포함된 상태에서 PCB 전체 열해석을 진행할 수 있습니다. 이러한 분석 과정은 하나의 툴 내에서 이루어 지기 때문에 효율적이고 쉽게 PCB의 열해석을 진행할 수 있습니다.; 김*석 (2021-03-04 오전 11:29:50); 기대합니다.; 허*현 (2021-03-04 오전 9:42:38); 당연히 들어야지요..; 박*주 (2021-03-03 오후 5:30:04); 좋은 검토 기회 감사합니다.; 권*준 (2021-02-25 오전 8:50:43); AP 사용한 영상 PCB의 경우 발열이 많이 발생을 하는데 PCB 열 분석을 진행하고, 효율적으로 대처할 수 있는 솔루션 제공이 가능한지요?