前言
作者: 智邦科技股份有限公司 黃亭瑋 結構工程師
由於近年來 AI 運算需求的爆炸性增長，導致產品架構不斷擴展、電力使用的瓦數持續升高，以及晶片尺寸與複雜度顯著增加，上述因素共同引發了嚴重的熱效應問題，特別是 PCB 在高溫運作下翹曲（warpage），可能導致錫球（Solder Ball）開裂，影響產品可靠性。
透過專業的數值模擬工具（SimLab & OptiStruct），整合晶片特性、快速 BGA 建模、PCB 等效模型與材料映射（material mapping），讓我們可在設計前期做出預測，以提供評估和優化建議，來規避未來可能會發生的問題。
【 HyperMesh + SimLab 快速建立模型與分析設定 】
複雜 BGA 陣列建構
由於先進封裝的錫球數量極多（數萬顆），難以用手動方式建構。因此透過 HyperMesh Transformation Tool 來標註上萬顆球的節點位置，接著需要晶片供應商提供關於錫球的 Pitch-to-Pitch 距離、高度與材料等關鍵數據，最後使用 SimLab 的 BGA 工具，來做複雜的陣列建構。（圖1）
圖1、BGA 陣列建構流程（來源：智邦科技股份有限公司）
晶片（Chip）與 PCB 材料特性掌握
考量晶片在溫度變化下的翹曲狀況，會間接影響錫球的受力狀況（圖2-1）。
圖2-1、晶片隨溫度變化的翹曲狀況（來源：智邦科技股份有限公司）
透過 SimLab 的簡化模型與材料映射，等效出 PCB 原本的特性。（圖2-2）
圖2-2、晶片隨溫度變化的翹曲狀況（來源：智邦科技股份有限公司）
設定分析條件
Reflow 模擬：分析的第一步是模擬 Reflow（回焊）過程，將晶片與 PCB 在無機構件干擾下進行合體。
組裝與預應力：隨後加入機構件（如散熱模組）並施加預壓負載。
求解環境：所有的分析設定、求解和結果輸出（Post-Processing）都在 SimLab 內完成。（圖3）
圖3、SimLab 一條龍建模與求解（來源：智邦科技股份有限公司）
分析結果與應用（Results and Application）
透過上述一條龍的分析流程，可以在設計早期階段快速完成複雜的複合型分析，從中可觀察到：（圖4）
- 組裝受壓翹曲的輪廓（Assembly Pressure Warpage）
- 晶片或 PCB 板上的應力分佈（Stress Distribution）
圖4、分析結果（來源：智邦科技股份有限公司）
設計優化與建議
此分析流程的優勢在於操作部分極少，大部分僅需在圖形化介面輸入參數，即可完成設定，大量地減少人為操作上的疏失，使得設計人員能夠在短時間內，有效率地去做產品的設計迭代。
【 結論 】
面對 AI 基礎設施對高運算與高通訊效能的爆炸性需求，PCB熱翹曲分析已成為保障產品可靠性的必備環節。透過HyperMesh與SimLab成功建立了一套能夠處理萬級 BGA 節點、高熱負載條件與複雜組裝預應力的整合分析流程。這套流程不僅能及時評估設計，同時也為未來晶片尺寸持續增大和系統結構日益複雜的趨勢下，提供強有力的分析流程。
