abaqus 焊點分析
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus 焊點分析的視頻教程
Hypermesh+optistruct焊點疲勞分析
Hypermesh+optistruct焊點疲勞分析 工況 材料 輸出定義等 附件模型自行下載練習 spotweld_fatigue_demo.fem spotweld_fatigue_demo.h3d
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abaqus 焊點分析的實例教程
利用微焊點強度測試儀(STR－1000)對QFP焊點進行抗拉強度的測試，研究了引腳數、焊膏成分(選擇SnPb和SnAgCu焊膏為代表)對其力學性能的影響，借助掃描電子顯微鏡對焊點斷裂處的形貌進行了分析。結果表明：在相同引腳數的條件下，SnAgCu焊膏的QFP焊點抗拉強度大于SnPb焊膏的QFP焊點抗拉強度；在焊膏成分相同時，100引腳QFP焊點的強度大于48引腳QFP焊點的強度。
SMT焊點的可靠性研究及CBGA焊點有限元分析.pdf
展開 前幾天有人問我ABAQUS做焊點分析，我一看他給我的一片文獻，其實是用ABAQUS做裂紋擴展分析。之前也沒接觸過裂紋分析，于是照貓畫虎做了個算例，但是裂紋沒有擴展。
ABAQUS做裂紋有三種方法：contour integral，擴展有限元及VCCT法，這里用了contour integral法。
如圖所示，V形楔形處有一個預制裂紋，是采用Interaction模塊的assign seam設定的，裂紋的擴展面及方向是通過crack來設定的，類型為contour integral。材料模型定義了塑性應力-應變關系，彈性參數、GTN參數、脆性失效參數等。模型上的兩個孔，一個固支、一個勻速拉。預期當裂紋尖端的單元變形達到某一個值時將刪除單元。
您看見了就給個意見唄。
步驟：
建立模型，進行適當的partition
定義材料：分別定義了elastic彈性參數、plastic真實應力-應變關系、GTN模型參數、脆性失效參數（包括一個叫演化參數）。
定義預制裂紋、定義裂紋擴展面、方向，定義失效單元的generation。
邊界條件，提交job，查看結果。
結果：預期模型在塑性變形不是很大時就會產生裂紋擴展，但是模型產生了很大塑性變形后仍然沒有發生失效。
Mises應力場：
x方向正應力場
x方向真實應變場
x方向塑性應變場
裂紋尖端應變的結果還是挺漂亮的，雖然正確性有待考證，如果裂紋出來了就完美了，可惜裂紋沒出來。
展開 接觸設置
在邊界條件設置中，芯片與底板通過焊點連接，設置焊點兩側分別與與芯片、底板綁定接觸，環氧樹脂采用粘結單元（cohesive單元）設置。
4. 邊界條件設置
按照實際情況在PCB板模型中設有8個安裝孔，施加相應預緊力矩模擬真實安裝情況。為了模擬PCB板翹曲帶來的影響，模擬弓曲惡劣情況，在中間兩個孔中（2、6）施加了與翹曲方向相反的位移邊界條件，如下圖所示。
圖2-3 DSP器件建模布局和翹曲模擬示意圖
建模示意圖和實物圖如下圖所示。
(a)建模示意圖
(b)實物圖
圖2-4 DSP焊點建模與實物對照圖
2.2 DSP器件不同翹曲度下應力分析
2.2.1 翹曲度
根據實物要求，本章節基于不同翹曲度，分別分析了焊球、芯片、PCB板、四周點環氧樹脂的應力極值以及應力分布，探究影響DSP器件的關鍵因素。
翹曲度=單個角翹起高度/(PCB對角線長*2)*100%
翹曲度尺寸如下圖所示。
圖2-5 PCB翹曲度
2.2.2 不同翹曲下焊球應力分析
下面給出結構焊點陣中的最大應力值與應力云圖，如下圖所示。
(a)翹曲度0.003
(b)翹曲度0.005
(c)翹曲度0.007
(d)翹曲度0.008
圖2-6 不同翹曲度下焊球應力云圖與極值
2.2.3 不同翹曲下芯片應力分析
下面給出芯片部位的最大應力值與應力云圖，如下圖所示。
展開 1.焊點模擬操作方法：
Abaqus中焊點模擬，常用的是fastener方式，單元類型為*CONN3D2。在Hypermesh中，生成焊點操作步驟為：
（1）進入焊點面板：1D>connectors>spot；
（2）將焊點類型切換至fastener；
（3）從CATIA中導入焊點文件（制作為焊核幾何中心的點）；
（4）在num layers中根據焊點的層數，選擇tatal 2為兩層焊點，total 3為三層焊點；
（5）選取焊點后，creat焊點
焊點生成后，需要設置焊點屬性。焊點屬性分為兩個部分，一部分用于指定connector的屬性，即定義*CONN3D2單元的類型；另一部分用于設置焊點的尺寸。
（1）指定*CONN3D2屬性為焊點：
*CONNECTOR SECTION，ELSET=HMprop_HM_C_1
JOIN,ALIGN
或者，
*CONNECTOR SECTION，ELSET=HMprop_HM_C_1
BEAM，
（2）指定焊點尺寸：
*FASTENER PROPERTY, NAME = HM_P_1
3.0 ,
以上設置完成后，即完成焊點模擬。
展開 在先進封裝如BGA、WLCSP、SiP與3D集成中，焊點長期經受芯片功耗發熱與外部環境溫差的交替作用，其微觀組織不斷經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差異，反復的熱應力和剪切應力會在焊點頸部和角部區域集中，促使疲勞裂紋逐步萌生并向內部擴展，最終導致虛焊或開路等失效形式。傳統的壽命預測多依賴經驗曲線和統計公式，但在新材料體系、更復雜的器件結構以及多變工況下往往適用性不足。因此，行業逐漸轉向機理驅動的數值模擬：利用Abaqus平臺構建器件有限元模型，通過用戶子程序UMAT嵌入焊料真實的黏塑-蠕變本構行為，并結合ΔW（非彈性能量密度）、Δε（應變幅）等物理量作為壽命驅動參量，借助 Darveaux、Engelmaier或Coffin–Manson等壽命律建立“循環響應—失效壽命”的映射關系。這一方法不僅能揭示失效機理，還能在設計階段預測壽命分布，為結構優化與可靠性提升提供科學依據。
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（原創，轉載請注明出處）
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