焊点直径对空预器波纹板疲劳寿命的影响

对空预器弹性波纹板在不同直径焊点连接方式下的疲劳强度进行了研究,从而确定最优焊点直径。首先,在Ansys Workbench中对波纹板在不同直径焊点连接方式下进行静强度模拟仿真,并在此基础上利用Fatigue Tool对弹性波纹板模型进行疲劳数值模拟。然后,对六种不同直径焊点的仿真结果进行对比,得出弹性波纹板焊点的最优直径。结果表明:焊点直径在2～5 mm时,最大等效应力随着焊点直径的增大而逐渐减小,当焊点直径超过5 mm时,最大等效应力随着直径的增大无明显的变化。随着焊点直径的增大,波纹板的疲劳寿命基本上呈现逐渐上升的趋势。焊点最优直径为5 mm。     

波纹板组件焊点结构优化及疲劳仿真

针对空预器波纹板组件(简称波纹板)焊点的数量及排数对波纹板静强度和疲劳强度的影响进行了仿真研究并以此优化波纹板焊点的结构参数。首先,针对不同焊点数量及排数连接方式下,在Workbench中对波纹板进行静强度模拟仿真。然后对仿真结果进行分析与处理,结果表明：采用3排焊接,焊点左右边距10 mm,上下边距2 mm,水平间距54.4 mm时,波纹板等效应力最小,为43.12 MPa。在此基础上,波纹板疲劳寿命模拟仿真结果为2.84×106次,满足实际工况对其疲劳强度的要求。这为后续进行与波纹板疲劳性能有关的试验研究奠定了一定的理论基础。     

QFP组件的优化模拟及焊点热疲劳寿命的预测

采用有限元方法研究了方形扁平式封装QFP(quad flat package)组件的优化模拟及引线宽度与间距对焊点疲劳寿命的影响规律.结果表明,在QFP64组件的所有焊点中,最外侧焊点的正前面存在最大应变值,易产生裂纹,发生疲劳破坏,为组件的最脆弱部位.QFP引线间距固定时,随着引线宽度的增加,焊点等效应变值逐渐增加,焊点可靠性降低,热疲劳寿命降低;QFP引线宽度固定时,随着引线间距的增加,存在一个焊点热疲劳寿命最大值;所选取的计算模型中,当引线宽度为0.15 mm,引线间距为0.45 mm时,焊点可靠性最高,组件具有最长的疲劳寿命.     

CBGA器件温度场分布对焊点疲劳寿命影响的有限元分析

陶瓷封装器件的可靠性一直是电子封装领域关注的热点,目前有限元模拟方法在分析焊点疲劳寿命时大多采用了均一温度假设条件,而陶瓷封装器件由于自身材料性质,在热循环载荷下其内部温度场并不均匀.文中在传统经典理论的基础上利用ANSYS有限元软件采用六面体网格划分技术对16×16阵列的陶瓷球栅阵列（ceramic ball grid array,CBGA）封装模型在热循环载荷下的可靠性进行了仿真分析.考虑了热循环加载过程中CBGA器件内部的温度场分布,使用热力耦合模型讨论了均一温度假设在不同条件下的合理性.结果表明,考虑温度场分布的情况下预测的疲劳寿命要低于均一温度假设条件,为温度均一假设适用条件提供了判断依据.     

航天电子产品中SMT焊点形态对其疲劳寿命的影响

深入分析了航天电子产品中表面组装技术(surface mount technology,简称SMT)焊点可靠性影响因素及失效机理,研究了温度循环下SMT焊点弹塑性应力应变规律及其寿命预测方法,并在此基础上探索了元件与焊盘间隙、钎料量、外轮廓等形态对焊点热疲劳寿命的影响,揭示焊点形态与应力应变和疲劳寿命之间的对应关系,以寻求具有较为理想力学性能及热循环寿命的焊点形态. 结果表明,上述理论方法为实际焊接过程中的PCB上焊盘尺寸的合理设计提供了理论支撑.     

FCBGA器件SnAgCu焊点疲劳寿命预测

采用Anand模型构建Sn3.0Ag0.5Cu钎料本构方程,分析FCBGA器件在无底充胶以及不同材料属性底充胶情况下焊点的应力分布.结果表明,无论底充胶存在与否,最拐角焊点上表面都是应力集中的区域.使用底充胶可以使焊点的残余应力减小,并且使其均匀分布于焊点上表面上.运用Engelmaier修正的Coffin-Mason模型计算焊点疲劳寿命,发现使用底充胶的器件焊点寿命明显高于无底充胶器件的焊点疲劳寿命.对底充胶属性参数研究发现,线膨胀系数的大小对焊点疲劳寿命影响很大,而弹性模量的影响却很小,通过参数的优化模拟,可以为底充胶的选择提供一定的理论指导.     

细间距器件SnAgCu焊点热疲劳性能研究

通过试验和数值模拟两种方法分析细间距器件SnAgCu焊点的热疲劳寿命。采用-55～125℃温度循环试验,发现SnAgCu焊点疲劳寿命约为1150次。基于Anand方程和Wong方程两种本构模型,针对两类疲劳寿命预测方程进行对比研究。结果显示,基于两种模型计算的SnAgCu焊点应力时间历程曲线具有相类似的趋势,但是应力值有较大差别。针对两类疲劳寿命预测方程,结合试验研究分析焊点的疲劳寿命,基于Wong方程结合双蠕变模型计算的疲劳寿命值和试验结果吻合良好,而基于Anand方程结合Engelmaier修正的Coffin-Mason方程计算的疲劳寿命略高于试验结果。     

基于Anand模型SnAgCu-X焊点疲劳寿命预测

Anand模型采用有限元法模拟WLCSP器件Sn3.8Ag0.7Cu-X（Ce,Fe）无铅焊点在热循环载荷条件下的应力-应变响应,借助蠕变应变疲劳寿命预测模型SnAgCu,SnAgCuCe,SnAgCuFe焊点疲劳寿命.结果表明,在服役器件整体器件出现明显的变形现象,电路板翘曲严重.从中心到拐角焊点变形-应力-应变逐渐增加,芯片下拐角焊点成为整个结构潜在的危险区域.通过计算WLCSP器件SnAgCu、SnAgCuCe和SnAgCuFe三种焊点的疲劳寿命,证实了SnAgCuCe和SnAgCuFe焊点寿命明显高于SnAgCu焊点,证明了在SnAgCu中添加一定量的铈和铁可以显著提高SnAgCu焊点的使用寿命,分析结果为新型无铅钎料的研发提供理论支撑.     

基于蠕变模型倒装芯片焊点疲劳寿命预测

采用有限元方法对倒装芯片的焊点进行数值模拟计算分析。结果表明,等效蠕变应变和等效塑性应变的最大值在芯片下的边缘焊点上表面;对焊点应力应变进行时间历程处理,在循环的开始阶段,应力松弛现象显著,同时塑性应变和蠕变应变都存在累积叠加趋势;对应力应变迟滞回线研究,发现曲线呈现周期性变化,随着温度的循环加载并趋于稳定。凭借Solomon模型和Shine and Fox模型,基于塑性应变和蠕变应变的交互作用,计算焊点的疲劳寿命,模拟结果和实际情况基本接近。     

基于蠕变模型倒装芯片焊点疲劳寿命预测

焊点可靠性预测研究多采用有限元仿真与单一精度近似模型相结合的模式,存在仿真时间长、效率低、准确性差等问题,为此,提出了一种基于变可信度近似模型的球栅阵列(ball grid array,BGA)焊点可靠性预测与优化方法.首先, 对不同网格细化方案进行收敛性验证,分别设计高/低精度样本点进行有限元仿真;其次,基于Co-Kriging模型融合高/低精度仿真数据进行焊点可靠性预测;最后,将预测结果与单一精度近似模型进行对比分析,并采用遗传算法优化模型获得对应结构参数.结果表明,在更少的仿真成本下,变可信度模型的预测效果更好,在同等预测精度下,变可信度模型高精度样本点数量仅为单一精度模型的1/4,相比高精度神经网络预测模型,在寻优过程中收敛更快.

     

机加工对疲劳寿命的影响

<正>由抛丸/喷丸强化引入的残余压应力是最终拉应力强度的一个百分比,该比率随着零件材料本身强度/硬度增加而增加。高强度/硬度的金属更脆,且对表面缺陷更敏感。对其进行抛丸/喷丸强化,能让这些高强度金属可以应用在易发生疲劳的工作条件下。飞机起落架通常设计的疲劳强度为300ksi(2068MPa),结合抛丸/喷丸强化。     

引线间距对 QFP 焊点的可靠性影响的有限元分析

采用有限元方法分别对具有相同引线间距和不同封装类型的QFP器件的焊点残余应力进行了数值模拟计算分析.结果表明,焊点根部、焊趾部位以及引线和焊点交界处为应变集中区域,该三处将可能成为焊点发生破坏区域,在焊点根部的应力值是最大,所以在焊点根部最容易发生破坏.对结果进行分析比较,从应力曲线图可以看出,由于残余应力累积的原因,应力具有迭加性;在引线数目相同的QFP器件中,TQFP64焊点的应力最小,VQFP64次之,SQFP64最大.在引线间距相同的QFP器件中,QFP64焊点的应力最小,QFP44居中,QFP32最大;同时与QFP100比较可知,高密度细间距器件的焊点可靠性更高.     

极限温度下CBGA焊点热冲击疲劳寿命预测

深空探测的环境多为极低温大温变环境,研究电子器件在此极限条件下的可靠性具有重要意义. 采用多线性等向强化(MISO)本构模型描述Sn63Pb37和Sn96.5Ag3.0Cu0.5(SAC305)焊料的力学本构行为,分析陶瓷球栅阵列(ceramic ball grid array,CBGA)焊点阵列在极限温度(-180～+150℃)热冲击载荷下的应力应变分布情况,最后根据基于能量的Darveaux疲劳模型预测CBGA焊点的热冲击疲劳寿命. 结果表明,局部热失配导致应力最大点出现在边角焊点陶瓷载体一侧的焊盘与钎料界面,极限温度热冲击载荷下焊点的疲劳寿命远低于标准温度循环载荷下的疲劳寿命.     

PBGA封装SAC405互连焊点热疲劳寿命预测

基于正应变对焊点疲劳寿命的影响,采用改进的Darveaux模型,通过有限元数值模拟法对PBGA封装SAC405互连焊点的热疲劳寿命进行预测。结果表明:焊点的损伤尺度沿着封装中心线增加,在芯片边界以下达到最大值,然后向着封装边界方向逐渐减小,最终在封装边界附近恢复到较大值;裂纹易在封装侧焊点和焊盘之间界面上形成,并沿着焊点圆周方向较宽的角度范围扩展,裂纹生长过程与试验结果相一致;工况2条件下的关键焊点疲劳寿命为5 525个周期,随着热循环高低温保温时间的延长,关键焊点的疲劳寿命减小。     

塑封球栅阵列焊点热疲劳寿命预测有限元方法

选取典型的塑封球栅阵列封装器件,将其建模为由封装外壳、硅芯片和基板组成的三层结构,采用粘塑性材料模式描述锡铅钎料的力学本构关系,建立器件的三维有限元模型,通过有限元仿真得到焊点的应力应变分布云图、应力应变回线及关键焊点的应变范围,最后根据基于应变的Engelmaier疲劳模型预测塑封球栅阵列焊点的寿命.结果表明,在热循环条件下,塑封球栅阵列封装器件的关键焊点的位置位于器件芯片边缘的正下方,并不位于最边缘的焊点处,为改进塑封球栅阵列焊点的热疲劳可靠性提供了依据.     

WLCSP器件Sn3.9Ag0.6Cu焊点疲劳寿命预测

基于蠕变模型采用有限元法对WLCSP30器件Sn3.9Ag0.6Cu焊点可靠性及疲劳寿命进行预测.研究发现WLCSP器件整体的最大应力集中在阵列最拐角焊点的上表面处,该部位可能成为焊点裂纹的发源地,试验结果也验证了模拟结果的正确性.对焊点应力—应变分析,发现焊点部位出现明显的蠕变应变和蠕变应变能累积现象,结合焊点疲劳寿命方程,预测焊点疲劳寿命,发现基于蠕变应变能密度的计算结果和试验结果较吻合,但是基于蠕变应变的预测结果和试验结果相差较大,因此基于蠕变应变的疲劳寿命预测方程需要进一步的研究.     

温度对振动载荷下互连微焊点寿命的影响

设计了温度-定频振动两场耦合可靠性试验,应用两参数weibull统计分析和物理失效分析方法,分析了温度（25,100℃）对振动载荷下微焊点寿命的影响.结果表明,温度由25℃升高到100℃,振动载荷下的微焊点寿命显著提高,U₁位置处焊点寿命提高了106%,U₂位置处焊点寿命提高了180%;失效模式统计分析表明,随着温度的升高,焊点由界面裂纹（裂纹产生在界面处的金属间化合物与铜焊盘之间）转变为体钎料裂纹（裂纹产生在体钎料处）,失效机制由脆性断裂转变为韧性断裂,失效机制的转变与焊点寿命密切相关.     

残余奥氏体对滚动轴承疲劳寿命的影响

分析滚动轴承表而疲劳剥落失效机理和残余奥氏体对疲劳寿命的影响,确定控制残余奥氏体含量的热处理工艺,进行残奥最测试与轴承疲劳寿命试验.结果表明,残余奥氏体含量为12%时,轴承的疲劳寿命较高.     

热处理和残余应力对钢球滚动疲劳寿命的影响

滚动轴承是一种重要的机械零件,是工业和人们日常生活的基础。要求轴承圈和滚动元件的接触面具有很高的承受周期性载荷的稳定性。对于深沟滚珠轴承这样的滚动轴承,其滚珠广泛采用高碳铬轴承钢(JIS SUJ2)制作。笔者研发了可靠性较高的钢球材料,弄清了与滚动疲劳有关的特性的影响。本文采用热处理工艺(淬火和回火)、啧丸及制造工艺不同的各种钢球,研究了热处理和喷丸处理产生的残余应力对滚动疲劳寿命的影响,从而弄清了硬度和组织对钢球滚动疲劳寿命的影响,获得了最合适的热处理工艺。此外还弄清,喷丸产生的残余应力会缩短钢球的疲劳寿命,提出了最佳的残余应力分布。     

马氏体含量对双相钢焊点拉拉疲劳性能的影响

焊点的疲劳性能是决定车身安全性和可靠性的重要因素. 对不同强度的DP780,DP980和DP1180双相钢焊点进行了检验,在疲劳试验机上进行了拉剪疲劳试验,获得了焊点的疲劳寿命曲线,分析了焊点显微组织、硬度与疲劳性能的关系. 并对焊点的疲劳失效进行了分析. 结果表明：母材性能对其焊点的疲劳性能有较大影响. 母材强度越高即马氏体含量越多,其疲劳性能越优异,三种材料的失效模式均是沿着焊点圆周断裂,裂纹在熔核与母材交界的热影响区萌生,且先贯穿板厚,贯穿板厚的裂纹作为二次裂纹源向板宽方向扩展直至断裂.