溫度循環的案例
多芯連接器焊接處溫度循環仿真分析
圖4 A型多芯連接器模型
圖5 B型多芯連接器模型
（1）假設焊料是均布的，忽略空洞、氣泡的影響，對于Sn63Pb37、Sn96.5Ag3.5焊料，分別采用統一粘塑性Anand本構方程，其它材料為線彈性材料，考慮雙線性隨動強化效應；
圖6 Sn63Pb37焊料Anand參數
圖7 Sn96.5Ag3.5焊料Anand參數
圖8 鋁合金材料雙線性隨動強化模型
圖9 可伐合金材料雙線性隨動強化模型
（2）在瞬態結構仿真中施加交變溫度載荷，這樣的加載方式忽略了傳熱、對流等因素，即每個時間點上部件均為均勻溫度（若考慮實際傳熱，則需做瞬態熱仿真-結構仿真進行耦合，本文暫不考慮）；
圖10 溫度沖擊曲線
（3）分析時取模型兩側的棱邊進行線固定約束，分析過程開啟大變形（主要考慮到合金的塑性變形）；
（4）網格劃分時應注意，焊料部分由于呈環狀且厚度較薄，采用掃掠網格（Sweep）劃分，其它區域采用多域網格（Multi-zone），注意檢查網格質量，控制單元長寬比。
3 仿真結果分析
主要觀察彈性/塑性應變、等效應力及剪切應力。
3.1 A型多芯連接器
對于A型結構，多芯連接器與腔體結構件的配合間隙為0.05mm，即焊料厚度為0.05mm。為了便于與后續結果對比，此處提取第三個溫度循環處的應變、受力最大值。
展開 基于HyperWorks的冰箱門溫度場有限元分析
趙守振 孫運會
蘇州三星電子有限公司 蘇州
摘要：利用HyperWorks軟件建立冰箱門的有限元模型，通過溫度場分析計算出門蓋的應力和變形，結合計算結果分析查找處門蓋開裂的原因，在此基礎上對門蓋的結構進行了改善，并對改善后的結構進行了有限元分析，在滿足強度要求的前提下，實現更具成本競爭力的開發目標。
關鍵詞：冰箱門蓋，溫度循環，應力
0概述
隨著國內家電品牌的發展和日益成熟，家電行業的競爭日趨激烈，國內外品牌家電廠商除了重視產品的外觀之外，愈來愈重視技術革新和成本競爭力。控制原材料成本已成為產品開發中的重要環節。降成本開發可以從簡化產品結構、控制生產工藝等多方面考慮，其中采用更具成本優勢的材料是成本管控的技術手段之一。
本公司在開發某型號的冰箱時，為了管控成本，研討HIPS（高抗沖擊聚苯乙烯）替代ABS工程塑料在冰箱門體蓋板上的應用。冰箱門由上門蓋、下門蓋、鋼板、內膽以及發泡料組成。上下門蓋裝配在冰箱門兩端,它通常是由ABS 注塑成型,在冰箱門上起到固定門體的作用。門蓋材料由ABS變更為HIPS后，在門體溫度循環試驗中門蓋發生開裂現象，本文通過溫度場CAE分析模擬冰箱門在高溫及低溫放置的工況，考查冰箱門蓋的應力和變形情況，查找出門蓋開裂的原因，并對其結構進行了改善。
1冰箱門門蓋開裂原因分析
在冰箱的開發過程中，需要通過很多信賴性實驗來驗證冰箱整機以及部品的結構及性能。其中冰箱門溫度循環試驗是模擬冰箱門在使用過程中內部低溫外部高溫條件下的變形及失效情況。冰箱門溫度循環試驗是將門體放置變溫室內，將環境溫度設定成從低溫t1升高到高溫t2然后再由高溫降低到低溫的一個循環過程，如圖1所示。
展開 技術 | CPU與頂蓋（IHS）是如何焊接的？來自德國超頻達人的詳細分析（圖文詳解）！
銦作為特殊焊料在集成電路領域有重要地位]
八、焊接前后的狀態
圖7：焊接前的各層材料 [overclocking.guide]
上圖注解：
頂蓋：鎳、銅、鎳、金
釬料：銦
芯片：金、鎳釩合金、鈦、硅
焊接的溫度控制在170 ℃左右。溫度過低會導致填隙不良，溫度過高會永久損壞CPU。
一些材料會在焊接過程中形成合金，焊接完畢后的結果如圖：
圖8：焊接后的各層材料厚度 [overclocking.guide]
上圖注解：
鎳（20μm）、銅（2mm）、鎳（20μm）、銦鎳金合金（0.1μm）、
銦金合金（2.5μm）、銦（1mm）、銦金合金（0.5μm）、銦鎳金合金（2μm）、
鎳釩合金、鈦、硅
至此，頂蓋與芯片焊接完畢，大功告……成？
九、可能出現的問題
圖9：銦在凝固過程中對頂蓋與芯片的互相拉扯，夸張圖示 [Intel]
需要注意的是，在焊接頂蓋與芯片的同時，頂蓋與電路板也粘合固定了。銦在凝固過程中不可避免地要收縮，往往造成邊角的質地不均勻。
圖10：溫度循環造成的釬料中的空洞 [Intel]
上圖注解：
1.焊接后（下線成品，end-of-line）、中度的溫度循環后、劇烈的溫度循環后
2.劇烈的溫度循環（冷熱交替）對釬料造成了顯著影響，張力使其內部產生了空洞。
3.空洞降低了導熱性能并增加了熱阻（Rjc），最終將會出現微裂紋，通常從四角開始。
展開 HALT試驗——讓研發工程師頭疼的可靠性試驗
8、高低溫循環與步進隨機振動結合的綜合試驗
振動極限值取步進振動試驗中的操作限。
（1）高、低溫極限值與純粹的高低溫循環試驗相同；
（2）共計5個循環；
（3）第一個循環的振動設定值為振動極限值的五分之一，步長同樣為振動極限值的五分之一；
（4）推薦每個振動臺階完畢，把振動值調至5±3Grms，并做功能測試，有利于故障的暴露；
（5）在每個溫度停留點進行完整的功能測試，可能的話全程監視產品性能。
í?1
í?1 溫度循環＋振動的綜合環境應力剖面
9、低溫與隨機振動結合的綜合試驗（選做）
如果在溫度循環與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度循環的低溫段出現軟故障，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。試驗分為兩類：
（1）步進振動的低溫試驗
溫度取低溫操作限或略高5℃，進行步進隨機振動試驗，試驗步驟與“步進隨機振動試驗”相同。振動極限值取試樣的振動運行限或略低5G。
（2）步進低溫的振動試驗
振動取振動操作限或略低5G，進行步進低溫試驗，試驗步驟與“步進低溫工作試驗”相同。溫度極限值取試樣的溫度運行限或略低5℃。
10、高溫與隨機振動結合的綜合試驗（選做）
如果在溫度循環與隨機振動的綜合試驗中試樣在溫度循環的高溫段出現軟故障，則可以開展本試驗項目，用于試驗問題的定位。試驗分為兩類：
（1）步進振動的高溫試驗
溫度取高溫操作限或略低5℃，進行步進隨機振動試驗，試驗步驟與“步進隨機振動試驗”相同。振動極限值取試樣的振動運行限或略低5G。
（2）步進高溫的振動試驗
振動取振動操作限或略低5G，進行步進高溫試驗，試驗步驟與“步進高溫工作試驗”相同。溫度極限值取試樣的溫度運行限或略低5℃。
來源：汽車試驗與測試
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循環工況下冷卻液溫度的仿真分析
模擬車輛在循環工況下，冷卻系統中冷卻液的溫度變化。模型中輸入發動機的散熱量的map圖譜、水泵的P-Q特性、散熱器的散熱性能、節溫器的open特性等，計算可以獲得系統內的冷卻液的溫度·流量·壓力隨時間變化的曲線（圖中為發動機轉速、發動機水套水溫、散熱器冷卻液溫度隨時間變化的曲線）
Moldex3D模流分析之熱循環試驗模擬預測熱疲勞
延性疲勞指數可經由 Modified Coffin-Manson Model：
塑性應變模型
熱疲勞模型參數除了可由查表或實驗取得的材料延性疲勞參數；以及經由欲模擬的熱循環試驗參數可得之周期平均溫度與周期頻率。而較難直接從固體力學分析結果得到的參數，塑性應變量值，則可以通過分析的材料特性，找尋對應的塑性應變模型進行預估。
對于較常發生熱疲勞破壞的金屬IC組件：錫球(Solder ball)或是導線架(Lead frame)。其塑性行為可透過考慮各向同性硬化(Isotropic-hardening) 的Prandtl-Reuss Model計算。
此模型適用于反復載重的每次循環并未達到試體塑性，使其發生永久形變的案例中較為適合。
熱循環試驗模擬分析
本研究以Moldex3D Stress 分析中考慮材料非線性的 PMC(post mold curing) 求解器，輸入溫度循環試驗中的溫度與時間關系進行分析。
圖一 后熟化制程中設定環境溫度
以分析結果中各循環中殘余應力中的von Mises stress最大值處作為熱疲勞破壞的觀察點，并將設定的溫度與Von Mises應力分析結果關系制圖如下：
圖二 內部應力與溫度隨環境溫度變化
透過前述的塑性應變Prandtl-Reuss 模型，以材料的降伏應力與von Mises stress 估算等效塑性應變。將本次仿真結果的平均溫度、循環頻率等信息輸出，再由 Modified Coffin-Manson 模型即可估計出至破壞所需的循環次數。
結論
本文藉由Moldex3D中具有考慮材料黏彈性的Post mold curing 求解器，輸入熱循環試驗的環境溫度、以及所對應的時間，用以計算在TCT試驗中隨著時間與溫度變化的應力分布。
展開 基于comsol的屋內空調送風循環的溫度、流場和濕度分布分析 ￥2800
</p><p><br></p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201908/5d8320ff6afa4ccfb101cf8ec60a6d8b.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">屋內空調溫濕度控制分析.rar</a></p><p> 本模型是分析一個屋內初始溫度38度，打開柜式空調，出口溫度26度，并設定上下左右掃風的模型。模型結合了流場將、溫度場、濕度場。</p><p>經過了7分鐘，整個屋內的環境變化展示在下面動圖。</p><p><br></p><p>動圖中間是房屋內26~32度溫區的擴散范圍，從空調出口開始擴散，由于空調是掃風模式，溫度區域集中再房中間</p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/201908/e6f8abc4bdb54d5f9d16b40cb54b3ce7.gif"></p><p>以下動圖是整個房間內的流場，注意空調出風口，正在上下左右掃風。 相對于不掃風的方式， 掃風使得溫度擴散更均勻一些。
展開 基于Darveaux模型的BGA焊球溫循壽命預測
image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202604/attachment/37681367640a46e59eba450324c85717.png">
</figure>
</figure><p class="ql-align-justify">完成材料的賦予，下一步就是加載隨時間變化的溫度載荷。一般來說可以參考測試國標，也可以先測量溫循測試中焊球附近的實際溫度再施加到模型上。為了得到單個溫度循環內焊球穩定的損傷增量，溫循仿真一般需要計算3~5個循環，并取最后一個循環的損傷增量計算疲勞壽命。本文采用的-40~125℃的標準溫度循環，如下圖所示。
展開 AEC-Q200各種實施標準檢測介紹
AEC-Q200的環境試驗條件
AEC-Q200的環境試驗條件，主要是依據MIL-STD-202與JEDEC22A-104規范來制定的，不同零件的試驗溫度除了不一樣之外，其施加電源(電壓、電流、負載)要求也會有所不同，高溫儲存屬于不施加偏壓與負載，但高溫下的工作壽命是必要的，溫度循環和溫度沖擊，它們的測試目的和手法是不同的，溫度循環下的高低溫的變化需要溫變率的控制，溫沖擊就不需要了，偏高濕度是通常所說的高溫高濕測試，濕度抵抗是濕冷凍測試；
試驗條件注意事項：
1000h試驗過程需在250h、500h進行間隔量測。
高溫儲存(MIL-STD-202-108)
薄膜電容、網絡低通濾波器、網絡電阻、熱敏電阻、可變電容、可變電阻、陶瓷共鳴器、EMI干擾抑制器、EMI干擾過濾器：85℃/1000h；
電感、變壓器、電阻：125℃/1000h；
變阻器：150℃/1000h；
鉭電容、陶瓷電容、鋁電解電容：最大額定溫度/1000h。
展開 AEC-Q200的環境試驗條件及注意事項
AEC-Q200的環境試驗條件
AEC-Q200的環境試驗條件，主要是依據MIL-STD-202與JEDEC22A-104規范來制定的，不同零件的試驗溫度除了不一樣之外，其施加電源(電壓、電流、負載)要求也會有所不同，高溫儲存屬于不施加偏壓與負載，但高溫下的工作壽命是必要的，溫度循環和溫度沖擊，它們的測試目的和手法是不同的，溫度循環下的高低溫的變化需要溫變率的控制，溫沖擊就不需要了，偏高濕度是通常所說的高溫高濕測試，濕度抵抗是濕冷凍測試；
試驗條件注意事項：
1000h試驗過程需在250h、500h進行間隔量測。
高溫儲存(MIL-STD-202-108)
薄膜電容、網絡低通濾波器、網絡電阻、熱敏電阻、可變電容、可變電阻、陶瓷共鳴器、EMI干擾抑制器、EMI干擾過濾器：85℃/1000h；
電感、變壓器、電阻：125℃/1000h；
變阻器：150℃/1000h；
鉭電容、陶瓷電容、鋁電解電容：最大額定溫度/1000h。
展開 基于Simsolid的焊點可靠性分析
芯片等元器件經過與電路板的焊接后，需要經過溫度循環試驗來驗證可靠性。通過有限元對焊點進行可靠性分析，評估和優化設計和工藝，能夠顯著提升可靠性，降低研發成本。
在傳統的有限元分析中，劃分合適的網格是占據仿真工程師主要精力和時間的一件事情，特別是像焊點與芯片和電路板這種尺寸相差較大的結構在一起分析的問題，要么造成網格數量過大，分析成本大幅增加，要么造成分析精度下降，分析結果不可信。
Simsolid的無網格技術，使得消耗仿真工程師大量精力的網格劃分步驟不再重要，能讓工程師能把更多的精力放在分析、設計和優化工作上來。
本文利用一個簡化的溫度循環工況下的焊點可靠性分析案例，展示使用Simsolid進行分析的優勢。
2 問題描述
上圖為芯片與PCB焊接的結構模型，BGA焊點與芯片和PCB的焊盤連接。溫度循環工況最大溫差為100℃。材料參數如下表所示。
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天津大學封偉教授和馮奕鈺研究員團隊新成果：基于太陽熱能循環利用的溫度控制技術
天津大學封偉教授研究團隊從2005年開始圍繞“基于分子可逆轉變的太陽熱能循環利用技術” 開展了一系列開創性工作，并首次提出將可實現太陽熱能直接利用的材料技術應用于構建未來空間極端環境的熱控系統。
近日，天津大學封偉教授和馮奕鈺研究員再次在光熱溫度控制領域取得重要研究進展，成功制備了集太陽熱吸收、穩定存儲與可控輸出于一體的偶氮苯/石墨烯雜化燃料膜，通過控制熱能的輸出功率，實現了太陽熱能的循環利用和溫度的精確控制，為未來設計空間極端環境的熱控系統提供了重要的技術支撐。該研究成果以“Efficient cycling utilization of solar-thermal energy for thermochromic displays with controllable heat output”為題在線發表于國際期刊Journal of Materials Chemistry A上。
實現太陽熱能循環利用的關鍵是設計并制備兼具高能、長效存儲與可控釋放功能的太陽熱燃料。光致變色分子因能發生可逆的異構化轉變而成為太陽熱燃料的重要潛在分子之一。盡管目前已經報道了一些光熱燃料，但由于分子能級差與回復勢壘相互制約，如何通過分子設計實現高能量存儲與快速熱釋放，如何優化激勵誘導方式，達到提高輸出功率進而精確控制體系溫度的目標仍然面臨巨大的挑戰。
封偉教授研究團隊在前期分子設計與功能實現（Chem. Soc. Rev. 2018, DOI: 10.1039/C8CS00470F）研究基礎上，設計并合成了三枝磺酸偶氮苯接枝石墨烯雜化材料作為核心太陽熱燃料。
展開 HyperWorks助力全球家電制造商利用新材料實現更強更低成本的產品
不幸的是，在物理試驗中，HIPS制成的門蓋在溫度循環試驗中發生了開裂。
“HyperWorks提升了我們產品的質量，同時獲得競爭的價格優勢，也增強了我們的研發能 力并達到產品研發的目標。”
趙守振
CAE工程師
蘇州三星電子公司
解決方案
在這些測試中，門放置于變溫室內，溫度起初先降低到令人不寒而栗的水平，然后提升到高溫狀態，最后再降到冰點。在這個溫度循環過程中，由HIPS材料制成的冰箱上下門蓋的頂部表面發生了開裂，裂紋開始于門蓋前邊緣的中間位置。
蘇州三星的工程師開始對材料、結構和注塑成型流程進行分析，找出開裂的原因。
展開 為什么車規級電容、電阻、電感必過AEC-Q200認證
被動組件AEC-Q200檢測標準詳細規定了車內各種環境下被動元件的使用溫度范圍，對各類元器件的測試項目作了嚴格的區分，同時，對元器件通用系列的檢測適用性做了完善的規定。
產品范圍：鉭和陶瓷電容器、鋁電解電容器、薄膜電容器、電阻、微調電容器/電阻器、壓敏電阻、熱敏電阻器、電感/變壓器、網絡R-C-C-R、陶瓷諧振器、石英晶體、鐵氧體EMI干擾抑制器 過濾器、聚合自恢復保險絲。
AEC-Q200的環境試驗條件：
主要是依據MIL-STD-202與JEDEC22A-104規范來制定的，不同零件的試驗溫度除了不一樣之外，其施加電源（電壓、電流、負載）要求也會有所不同，高溫儲存屬于不施加偏壓與負載，但是在高溫工作壽命就需要，溫度循環與溫度沖擊，其試驗目的與手法不一樣，在溫度循環中高低溫變化需控制溫變率，溫度沖擊則不用，偏高濕度就是俗稱的高溫高濕試驗，而濕度抵抗就是濕冷凍試驗。
展開 什么是AEC-Q101認證？——華碧實驗室
AEC-Q101 FAILURE MECHANISM BASED STRESS TEST QUALIFICATION FOR DISCRETE SEMICONDUCTORS IN AUTOMOTIVE APPLICATIONS：車用分立半導體元器件的基于失效機理的應力測試驗證
本標準規定的分立半導體元器件的最小工作溫度范圍：-40℃~+125℃
LED的最小工作溫度范圍-40℃~+85℃
AEC-Q101認證對象：
晶體管：BJT、MOSFET、IGBT、二極管、Diodes、Rectifier、Zeners、PIN、Varactors
光器件：LEDs、Optocoupler、Photodiodes、Phototransistors
AEC-Q101認證測試項目（總共29項，并非所有項目都應用于所有器件）
測試項目分類：
各項參數測試：如性能測試、外觀、參數驗證、物理尺寸、熱阻、雪崩耐量、短路可靠性、介質完整性等
環境應力實驗：按照軍用電子器件環境適應性標準和汽車電子通用環境適應性標準，執行器件的應力實驗，如高溫反偏、高溫柵偏壓、溫度循環、高壓蒸煮、HAST、高溫高濕反偏、高溫高濕工作、間歇工作壽命、功率溫度循環、常加速、振動、沖擊、氣密性等
工藝質量評價：針對封裝、后續電子組裝工藝，以及使用可靠性進行的相應元器件工藝質量評價，如ESD、DPA、端子強度、耐溶劑試驗、耐焊接熱、可焊性、綁線拉力剪切力、芯片推力、無鉛測試等。
華碧實驗室車規電子檢測認證
華碧實驗室是國內領先的集檢測、鑒定和認證為一體的第三方檢測與分析的新型綜合實驗室，是質量和誠信的基準。華碧實驗室擁有豐富的車規級電子認證經驗，已成功協助300多家汽車分立半導體企業制定相對應的AEC-Q101驗證步驟與實驗方法，并順利通過AEC-Q系列認證。
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