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由于反復(fù)接通和斷開電源，微電子元件受 </div><div contenteditable="false" width="100%"> 到熱循環(huán)的作用，因此，焊點處出現(xiàn)裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導(dǎo) </div><div contenteditable="false" width="100%"> 致故障。

焊點疲勞簡介 焊點疲勞是循環(huán)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(huán)），其中電子設(shè)備中的大多數(shù)焊點疲勞是由熱-機械驅(qū)動的。在溫度循環(huán)期間，由于PCB和組件之間的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配，在焊點中產(chǎn)生了應(yīng)力。這導(dǎo)致焊點經(jīng)歷不可恢復(fù)的變形，該變形累積并導(dǎo)致裂紋和最終斷裂。

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(nèi)部的潛在性能退化機制 對PCBA的焊點結(jié)構(gòu)進行仿真 模擬PCB敷形涂覆對器件可靠性影響 根據(jù)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(huán)導(dǎo)致的焊點疲勞。

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(nèi)部的潛在性能退化機制 對PCBA的焊點結(jié)構(gòu)進行仿真 模擬PCB敷形涂覆對器件可靠性影響 根據(jù)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(huán)導(dǎo)致的焊點疲勞。

由于表面貼片電阻的不同部分的 熱膨脹 是不均勻的(底部的印刷電路板更大，頂部的電阻更小)，因此在熱載荷循環(huán)中，該組件受到了壓力。 一旦熱載荷達到載荷循環(huán)的終點，并返回到初始溫度，電阻器兩端的焊點就會留下永久變形(蠕變應(yīng)變)。焊點的永久變形會阻止其余部分恢復(fù)到初始狀態(tài)。我們可以在圖中看到這一點，電阻被壓縮并隆起，而印刷電路板被拉長。

單元類型的選擇結(jié)合本章節(jié)仿真條件，并為后續(xù)的熱應(yīng)力仿真作鋪墊，穩(wěn)態(tài)溫度場模擬選用C3D8R三維熱實體單元。該單元既能實現(xiàn)勻速熱傳遞，也可用于瞬態(tài)熱分析。單元類型選擇如下圖所示。圖2-1 單元類型的選擇2.

Ansys推出的Sherlock Automated Design Analysis?軟件，有助于填補設(shè)計工具功能上的空白。 Ansys Sherlock使用故障物理（PoF）方法幫助電源工程師更清楚地了解何時發(fā)生過熱。

此前經(jīng)歷過500次熱測試循環(huán)后失效的產(chǎn)品，經(jīng)過Ansys解決方案的優(yōu)化之后，可承受1,000次以上的循環(huán)。 使用Ansys多物理場模型進行熱應(yīng)力變化仿真 uPI封裝研發(fā)經(jīng)理莊（音）先生表示：“Ansys多物理場仿真解決方案可幫助我們優(yōu)化芯片封裝設(shè)計，并大幅提高產(chǎn)品的可靠性。

熱仿真鑒于各種不同的方案選項以及對不同需求的權(quán)衡，仿真成為了開發(fā)熱管理解決方案的理想工具。在半導(dǎo)體芯片封裝層面，設(shè)計人員可以迭代封裝方法、熱焊點及熱通孔的位置，以及接地層的厚度。另一方面，在更大尺度的應(yīng)用中，可以使用計算流體力學(xué)（CFD）對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和整個樓層機架周圍的氣流進行建模和優(yōu)化。

如果你手里正握著Ansys這柄利器，卻還在重復(fù)著“手動建模-導(dǎo)出-計算-后處理”的循環(huán)，那你一定要考慮一下——PyAnsys。

文獻［3］分析了IGBT 功率模塊的熱應(yīng)力分布，并討論了焊料厚度、空洞率對模塊傳熱性能的影響。文獻［4］基于ANSYS二次開發(fā)技術(shù)對汽車功率模塊在熱循環(huán)條件下的失效問題進行了模擬分析。文獻［5］采用ANSYS分析了IGBT模塊的封裝熱應(yīng)力，并討論了熱應(yīng)力與分層率之間的關(guān)系。以上工作只考慮了多層堆疊結(jié)構(gòu)的層厚對模塊熱應(yīng)力的影響，尚未涉及各層的選材和焊接順序。

的升級，通過30+案例（如活塞熱疲勞、電池包電芯循環(huán)壽命評估），詳解Miner線性累積損傷理論與熱循環(huán)載荷譜編輯技巧（鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/ncode）。

在先進封裝如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。

對更小的手持設(shè)備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發(fā)了對焊點熱疲勞壽命以及故障發(fā)生情況的擔(dān)憂。 表面貼片電阻會受到熱循環(huán)的影響。

· 波紋管· 嚙合波紋管3 共軛傳熱（CHT）· 工程挑戰(zhàn)· 仿真復(fù)雜性· Ansys應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵功能· Ansys Workbench Meshing 針對CHT繪制網(wǎng)格4 冷熱循環(huán)熱機疲勞· 工程挑戰(zhàn)· 仿真復(fù)雜性· Ansys應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵功能5 蒸發(fā)和冷凝· 工程挑戰(zhàn)· Ansys應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵功能· Semi-Mechanistic

共軛傳熱（CHT） 3.1 工程挑戰(zhàn) 3.2 仿真復(fù)雜性 3.3 Ansys應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵功能 3.4 Ansys Workbench Meshing 針對CHT繪制網(wǎng)格 4. 冷熱循環(huán)熱機疲勞 4.1 工程挑戰(zhàn) 4.2 仿真復(fù)雜性 4.3 Ansys應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵功能 5.

過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發(fā)材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生熱應(yīng)力，最終導(dǎo)致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態(tài)熱力耦合分析，即先分析動態(tài)溫度場，再計算由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 目標(biāo)通過高保真建模仿真，系統(tǒng)觀察并量化印刷電路板（PCB）上關(guān)鍵元器件在瞬態(tài)熱載荷作用下的力學(xué)響應(yīng)與應(yīng)力表現(xiàn)。

Ansys Sherlock通過系統(tǒng)仿真及焊點或組件開裂風(fēng)險分析，展示PCBA的應(yīng)變分布。綠色部分組件表示無風(fēng)險，為多次設(shè)計迭代后的結(jié)果。 由組件和PCB跡線處功率損耗導(dǎo)致的溫度分布可用于預(yù)測焊點疲勞壽命預(yù)測。綠色部分組件表示無焊點疲勞風(fēng)險，黃色部分組件則有較小風(fēng)險。