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ACM體單元焊點疲勞案例詳解1、背景介紹本案例將詳細展示如何在nCode疲勞軟件中計算ACM體單元焊點疲勞壽命的全過程。ACM體單元為中間一個六面體單元，上下通過RBE3單元與薄板連接。

在疲勞分析過程中，首先收集并模擬實際工作環境中可能遇到的振動譜，結合PCB-IC板的結構特性和材料行為，通過PSD掃頻方式進行隨機振動疲勞分析，識別板上可能存在的疲勞熱點區域，以指導結構改進。

<h2>1、背景介紹</h2><p>本案例將詳細展示如何在nCode疲勞軟件中計算CWELD焊點疲勞壽命的全過程。nCode的焊點疲勞，是在Nastran軟件基礎上，采用Cbar單元連接兩塊薄板模擬焊點，通過提取Cbar單元的力和力矩，及焊點周圍的shell單元的結構應力，通過給定焊核的SN曲線進行計算其疲勞壽命。

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。

d) 看不到的缺陷：焊點晶粒大小、焊點內部應力、焊點內部裂紋、焊點發脆、焊點強度差等，需要X光、焊點疲勞試驗等檢測。這些缺陷主要與焊接材料、PCB焊盤的附著力、元器件焊端或引腳的可焊性及溫度曲線等因素有關。來源：網絡

焊點疲勞簡介 焊點疲勞是循環載荷下焊點的失效。這種載荷可能有多種形式（例如跌落/震動，振動，溫度循環），其中電子設備中的大多數焊點疲勞是由熱-機械驅動的。在溫度循環期間，由于PCB和組件之間的熱膨脹系數（CTE）不匹配，在焊點中產生了應力。這導致焊點經歷不可恢復的變形，該變形累積并導致裂紋和最終斷裂。

大咖慧網絡培訓 2022年5月24日-26日，安世亞太大咖慧推出電子行業疲勞壽命專題線上培訓，專題講座包含：隨機振動載荷下支撐構件疲勞壽命評估、PCB電路板中的焊點可靠性分析、PCB電路板疲勞壽命分析內容，不容錯過。 報名方式 案例背景描述 計算幾何為簡化的顯卡模型，見下圖。

零件使用非指定供應商：依BOM，ECN15， PTH孔垂直填充和周邊潤濕：最少75%垂直填充，引腳和孔壁至少270o潤濕16， 錫球/錫渣：每600mm2多于5個錫球或焊錫潑濺(0.13mm或更小)為(MA)17， 焊點有針孔/吹孔：一個焊點有三個(含)以上為(MI)18， 結晶現象：在PCB板表面,焊接端子或端子周圍有白色殘留物,金屬表面有白色結晶19， 板面不潔：手臂長距離30秒內無法發現的不潔為允收

識別共振風險：通過模態結果，明確 PCB 的敏感頻率區間，為評估其與外部環境振動（如風扇、發動機激勵）發生共振的可能性提供直接依據。 定位機械薄弱點：可視化分析各階振型，識別在振動中位移最大或應變能集中的區域（通常為大型器件、板邊或懸空部位），這些位置是潛在的焊點疲勞與元件損壞風險點。

在印制板電子器件封裝中，焊點作為電子器件與PCB基板之間的關鍵連接，承擔著傳遞電信號、散熱、結構保護與支撐等作用，焊點的失效將直接導致器件的失效，從而會影響到產品的功能和可靠性。根據相關部門統計，20%的電子設備失效是由于振動導致的，而在這些失效中，焊點失效又是最為主要的原因之一。因此對封裝器件及其焊點陣列在隨機振動載荷下的應力場進行分析和評估，具有重要的工程價值。

加強筋（Stiffener）有時，柔性PCB的某個區域需要機械剛度。加強筋可以是一塊FR4（制作剛性PCB的材料），也可以是一層更厚的聚酰亞胺。FR4加強筋的常見應用是支撐剛性連接器或在焊接到電路的大型組件下方停止彎曲，以減小焊點上的應力。柔性PCB的優勢使用柔性PCB具有許多優勢。基板的機械和熱屬性為設計和性能提供了多種可能性。

由于PCB本身就是一種不良的熱傳導介質，因此焊接時它不會加熱熔化鄰近元器件和PCB區域的焊點。 在焊接前也必須預先涂敷助焊劑，助焊劑僅涂覆在PCB下部的待焊接部位，但選擇性焊接并不適合焊接貼片元件。

電子行業：高精度、高頻率與微觀失效 測試焦點： 電子產品（如芯片、PCB板、消費電子）的疲勞問題更微觀。核心是熱疲勞（由于功率循環導致的熱脹冷縮）和振動沖擊疲勞。典型失效模式包括焊點開裂、芯片脫層、連接器失效等。 載荷類型： 低幅度、高頻率的振動是主要挑戰。同時，溫度循環（高低溫沖擊）是考核電子產品可靠性的核心手段，溫變速率要求極高。

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為什么進行焊點疲勞分析?由于工藝手段的局限性，在熔核處會有缺陷的存在，如殘余應力和應力集中等，在缺陷區域疲勞問題更易形成和發展。點焊的疲勞開裂模式?點焊的疲勞開裂大致有兩種模式，即金屬板裂紋和貫穿點焊熔核裂紋。根據國外研究人員總結的經驗，當焊點直徑大于3.5t時，其中t為板材厚度（單位為mm），裂紋將在板材中產生，否則裂紋將貫穿焊接熔核。

基于平均耗散的蠕變能量的疲勞壽命。在左邊的完整模型中分析了兩個球柵陣列中的所有接頭，在右邊的子模型中顯示了對關鍵焊點的詳細研究。 首先，對所有焊點進行分析，以確定關鍵焊點。然后，在一個詳細的研究中，使用 前一篇文章中描述的子模型技術 對臨界焊點進行重新分析。最后預測在與其他材料交接處的薄層的疲勞壽命，預計此處會出現裂紋。由于該模型評估的是體積平均值，所以結果是按域評估的。

Ansys Sherlock通過系統仿真及焊點或組件開裂風險分析，展示PCBA的應變分布。綠色部分組件表示無風險，為多次設計迭代后的結果。 由組件和PCB跡線處功率損耗導致的溫度分布可用于預測焊點疲勞壽命預測。綠色部分組件表示無焊點疲勞風險，黃色部分組件則有較小風險。

這里列舉了一些采用這種仿真方法的實際示例： 研究灌封化合物的理想溫度范圍 檢查電池內部的潛在性能退化機制 對PCBA的焊點結構進行仿真 模擬PCB敷形涂覆對器件可靠性影響 根據基本原子和分子尺度行為，研究蠕變、疲勞和擴散機制引起的失效案例研究示例：焊點疲勞PCBA中最常見的失效機制之一是由熱循環導致的焊點疲勞。