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自動運転車の電子システムの信頼性を評価するための Ansys Sherlock、Icepak、Mechanical を組み合わせたワークフロー


公開日2021年2月
このワークフローは、Ansys Sherlock、 Ansys Icepak、 Ansys HFSS、およびAnsys Mechanicalを使用して、自動運転車内のプリント回路基板アセンブリ（PCBA）の特定の障害リスクを軽減する方法を示しています。
より大きなハウジング内のアルミニウムシャーシ内の車両の上部に取り付けられたプリント回路基板アセンブリ（PCBA）を含む仮想 のプロジェクトを使用してワークフローを説明します。この概要では、オープンソースの PCBAであるIntel Galileoボードを使用します。
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目次

  • ワークフロー
  • 総括

SherlockによるPCBAモデル作成

Sherlock内でのモデルの開始から始めます。Sherlockは、パーツサイズのフィルタリング、コンポーネントリードの有効化/無効化、簡単なメッシュ作成のためのボディファセット、材料特性の作成と割り当てなど、実用的なFEAモデルの作成を容易にするさまざまな機能を自動化します。SherlockでPCBAを構築したら、 Workbenchに直接エクスポートできます。WorkbenchにエクスポートしたPCBAのモデルを使用すると、ハウジングやその他の構造の詳細を追加するなど、ジオメトリを自由に変更できます。

Icepak/HFSS反復PCBA温度分析

この分析では、Ansys Electronics Desktop（AEDT）を使用して、「自然対流のみ」と「3つの3.0CFMファンによる強制対流」の2つのIcepak/HFSS反復PCBA温度分析を実行します。Icepakは、PCBA全体の温度勾配を計算するために使用されます。ただし、PCB内の電力損失は考慮されていないため、大幅な温度上昇が発生する場合があります。Ansys HFSS 3Dレイアウトツールは、PCB内の温度依存損失を計算するために使用されます。HFSSで計算されたこれらのDCIR損失はAnsys Icepakの熱負荷としてマッピングされ、熱ソリューションに結合されて、強制対流条件と自然対流条件の両方のボードの温度勾配をより正確に計算します。

Sherlockによるはんだ疲労のリスク分析

結果のサーマルマップをSherlockにインポートして戻すと、毎日の電源の入れ直し中にボードが加熱および冷却されるときの温度変動に起因するはんだ疲労のリスクを定量化できます。この結果から、DCIR損失が含まれている場合、追加の加熱により、PCBAはボードの中央にある大きなBGAの障害リスクが高まることにより、信頼性の目標を達成できなくなることがわかりました。これは潜在的な障害リスクであり、このワークフローにHFSSを組み込まないと適切に特定されなかった可能性があります。

Ansys Mechanicalによる構造FEA解析

部品の温度上昇の影響を完全に把握するには、Icepak CFDの結果を構造FEA解析への入力として含める必要があります。 これは、PCBAがハウジング内で膨張し、座屈 /反り、コンポーネント/ボードの膨張率が不一致であることによる温度勾配、および温度依存の材料特性による拘束効果を適切に説明するために不可欠です。FEA解析を実行して、車両がポットホール（路面のくぼみ）に遭遇したときにPCBAにかかるストレスの影響を定量化します。

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