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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。

<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。

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。

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。

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。

研討會亮點: 直擊車燈工程痛點：聚焦路面顛簸、發動機激勵下的支架斷裂、焊點疲勞等高頻失效問題，針對性解決車燈可靠性開發難題。

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結構封裝體的基本模型， 分析DSP器件在不同條件下的受力情況，按照不同安裝變形、不同力學條件、不同溫度變化、綜合工況、高低溫交變循環五種工況，分別建立相應的有限元模型，分析在每種載荷作用下得到的仿真結果，并計算DSP器件在高低溫交變循環下應力疲勞情況并為工程實際中提供幫助與建議[21]。

圖3 白車身模型 4.1 白車身模態分析 汽車行駛在不同的路面上，會受到外界的沖擊作用，當外界的激勵頻率接近或達到白車身局部或整體的固有頻率時，會使車身件發生共振，產生噪音，影響其舒適性，嚴重時會引起車身件的振動疲勞破壞。因此，有必要對白車身進行模態響應分析，特別是一階整體扭轉模態，進而根據標準要求或經驗對模態進行評價，避免共振的發生。

2 計算分析2.1 計算模型本文采用 HyperMesh 軟件建立某商用車白車身三維數據的有限元分析模型，對整體性能影響很小的車身細微結構特征適當簡化，然后通過焊點把各部件連接，白車身沖壓件為薄壁金屬件，用殼單元模擬，點焊采用 RBE2 單元模擬，焊道結構采用 Solid 實體單元模擬[4]，部件之間的連接關系模擬實際車身結構，在進行模態分析時，不考慮結構中焊點失效，認為焊點連接是可靠的

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。