abaqus焊點仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus焊點仿真的視頻教程
基于workbench的焊點熱循環(huán)可靠性仿真分析，免費無聲音，操作細(xì)致，提供附件（需購買）練習(xí)。
基于workbench的焊點熱循環(huán)可靠性仿真分析，免費無聲音，操作細(xì)致，提供附件（需購買）練習(xí)。熱循環(huán)是電子學(xué)中最常見的失效模式之一，本例使用Anand粘塑性模型對焊點可靠性進(jìn)行模擬。這項技術(shù)有助于工程師加速預(yù)測熱試驗期間的失效時間。
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abaqus焊點仿真的實例教程
在使用hypermesh做abaqus仿真的前處理時，由于版本以及定義方式等區(qū)別，常常發(fā)生一些錯誤，導(dǎo)致在hypermesh中定義的特征無法在abaqus中識別。比如焊點Fastener的建立，在網(wǎng)上搜了很多資料，講的云里霧里，經(jīng)過自己的摸索，下面講一下如何在hypermesh中正確建立焊點，并且被abaqus識別為有效特征。
并基于上述真實的DSP器件模型，利用有限元軟件Abaqus建立了球柵陣列BGA結(jié)構(gòu)封裝體的基本模型， 分析DSP器件在不同條件下的受力情況，按照不同安裝變形、不同力學(xué)條件、不同溫度變化、綜合工況、高低溫交變循環(huán)五種工況，分別建立相應(yīng)的有限元模型，分析在每種載荷作用下得到的仿真結(jié)果，并計算DSP器件在高低溫交變循環(huán)下應(yīng)力疲勞情況并為工程實際中提供幫助與建議[21]。
1.3.2 產(chǎn)品介紹
1.3.2.1 DSP器件信息
型號：SMV320C6701GLP14W；廠家：TI；封裝等級：BGA429；質(zhì)量等級：V級。共429個焊點。如下圖所示。
圖1-1 DSP器件尺寸示意圖
1.3.2.2 PCB布局與安裝
DSP安裝于由四塊電路板通過柔性帶連接組成的一體PCB板上；PCB板材料為FR-4，10層板；具體位于其中一塊控制板上，如下圖所示。
圖1-2 DSP器件布局示意圖
一體剛?cè)犭娐钒逋ㄟ^四周圍合方式安裝在鋁合金電路支架上，采用M3螺釘固定，預(yù)緊力矩為0.4Nm，DSP器件朝向電路支架內(nèi)側(cè)，如下圖所示。
(a)實物圖 (b)支架圖
圖1-3 DSP器件示意圖
1.3.2.3 DSP器件焊裝情況
焊接材料：DSP為CBGA（陶瓷）封裝，芯片重量約7g，焊球材料為SAC305（Sn含量96.5%，Ag含量3%，Cu含量0.5%），球徑0.6mm～0.9mm，印制板焊盤直徑0.7mm，焊盤表面處理工藝為HASL（鍍錫熱風(fēng)整平），DSP采用無鉛制程再流焊溫度曲線完成焊接。
固封情況：使用DG-4雙組份環(huán)氧樹脂由芯片四角進(jìn)行粘固，膠液由印制板面向上堆積至器件頂面，膠液寬度由四角向兩邊延伸2mm左右，點膠后室溫下自然固化24h。
展開 3.3 有限元模型網(wǎng)格劃分
? 非重要部位網(wǎng)格劃分較粗，對焊點等關(guān)心部位嚴(yán)格采用高質(zhì)量網(wǎng)格劃分方法；
? 網(wǎng)格收斂性檢查。
3.4 模型驗證
通過模態(tài)試驗和有限元模態(tài)分析，將整體固有頻率和固有振型進(jìn)行對比，從而驗證有限元模型的正確性。
3.5 邊界條件設(shè)置
不同輸入及PCB邊界條件對焊點振動疲勞可靠性將會產(chǎn)生影響——外因
3.6 測試與建立仿真模型
? 測試確定產(chǎn)品仿真等效阻尼
? 測試確定產(chǎn)品等效材料模型
? 建立整體振動響應(yīng)分析仿真模型
△圖6：關(guān)鍵焊點有限元分析
4、振動實驗與數(shù)值模擬方法研究（模型驗證）
? 測算PCB中心撓度值
? 隨機振動試驗
? 實驗與仿真結(jié)果的對比
5、熱振耦合條件下焊點失效機理研究
5.1 板級熱振耦合實驗設(shè)計（將PCB板組裝到振動臺）
5.2 熱振耦合條件下溫度載荷設(shè)定
5.3 板級熱振耦合實驗結(jié)果與數(shù)值仿真
△圖7：不同PCB板不同溫度循環(huán)之后的功率譜密度
△圖8：五個循環(huán)后計算功率譜密度與測試功率譜密度比較
△圖9：熱振耦合后的焊點開裂行為
6、焊點損傷機理研究
? 基于疲勞實驗與SEM研究損傷起源與擴展
? 觀察裂紋早期位置研究裂紋萌生規(guī)律
? 通過觀察焊點完全失效路徑研究裂紋擴展路徑
? 分析裂紋在層間擴展路徑研究焊點破壞模式
△圖10：熱振耦合后的焊點開裂行為
備注：
IMC是Intermetallic compound之縮寫，筆者將之譯為"介面合金共化物"。廣義上說是指某些金屬相互緊密接觸之介面間，會產(chǎn)生一種原子遷移互動的行為，組成一層類似合金的"化合物"，并可寫出分子式。在焊接領(lǐng)域的狹義上是指銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物。
展開 1、首先建立焊點模型：
2、進(jìn)行DM中設(shè)計初始條件：
3、不同工礦結(jié)果分析：
（1）剪切失效：
（2）剛好失效：
（3）不失效：
在先進(jìn)封裝如BGA、WLCSP、SiP與3D集成中，焊點長期經(jīng)受芯片功耗發(fā)熱與外部環(huán)境溫差的交替作用，其微觀組織不斷經(jīng)歷熱脹冷縮和蠕變松弛。由于芯片（Si）、基板（BT/FR-4/陶瓷）與焊料（SnAgCu）之間存在顯著熱膨脹系數(shù)差異，反復(fù)的熱應(yīng)力和剪切應(yīng)力會在焊點頸部和角部區(qū)域集中，促使疲勞裂紋逐步萌生并向內(nèi)部擴展，最終導(dǎo)致虛焊或開路等失效形式。傳統(tǒng)的壽命預(yù)測多依賴經(jīng)驗曲線和統(tǒng)計公式，但在新材料體系、更復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)以及多變工況下往往適用性不足。因此，行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向機理驅(qū)動的數(shù)值模擬：利用Abaqus平臺構(gòu)建器件有限元模型，通過用戶子程序UMAT嵌入焊料真實的黏塑-蠕變本構(gòu)行為，并結(jié)合ΔW（非彈性能量密度）、Δε（應(yīng)變幅）等物理量作為壽命驅(qū)動參量，借助 Darveaux、Engelmaier或Coffin–Manson等壽命律建立“循環(huán)響應(yīng)—失效壽命”的映射關(guān)系。這一方法不僅能揭示失效機理，還能在設(shè)計階段預(yù)測壽命分布，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性提升提供科學(xué)依據(jù)。
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?? 你的核心職責(zé)
項目承接：承接平臺分發(fā)的各類ABAQUS仿真需求，涵蓋結(jié)構(gòu)靜力學(xué)/動力學(xué)、非線性分析（接觸/材料非線性）、熱-力耦合、顯式動力學(xué)（Explicit） 等方向。
技術(shù)支持：根據(jù)客戶提供的模型或圖紙，獨立完成幾何清理、網(wǎng)格劃分、求解設(shè)置、結(jié)果后處理及仿真報告撰寫。
專業(yè)背景：
本科及以上學(xué)歷（優(yōu)秀的在讀本碩博士亦可），力學(xué)、機械工程、車輛工程、材料科學(xué)與工程等相關(guān)專業(yè)
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【全套源文件】STAR-CCM+ & Abaqus 聯(lián)合仿真：圓柱體高速入水雙向流固耦合(FSI)深度解析
【相關(guān)領(lǐng)域】：船舶與海洋工程、兵器科學(xué)、航空航天等跨域問題
【軟件版本】：STAR-CCM+ 2406 ABAQUS 202X以上
本人研究方向為海洋航行器跨域多物理場耦合，指導(dǎo)過多位相關(guān)專業(yè)碩士博士研究生，科研項目經(jīng)驗豐富。
1. 算例簡介
本資源針對高速入水沖擊這一強非線性流固耦合難題
