功率模块引线键合界面温度循环下的寿命预测

针对功率模块引线键合部位在温度循环作用下的疲劳失效问题,对功率模块在温度循环作用下的疲劳寿命进行了研究,利用温度循环试验箱对3种不同封装材料的功率模块进行了温度循环实验。通过数值模拟,结合子模型技术,确定了引线键合的危险部位;并根据Coffin-Manson疲劳寿命预测理论,对上述引线键合界面进行了寿命预测。同时,基于内聚力模型和损伤演化理论提出了一套寿命预测方法,利用ABAQUS软件的用户自定义程序接口UEL,编制了相应的程序,对键合界面的疲劳寿命进行了预测。研究结果表明:两种寿命预测方法均具有一定的适应性,利用循环内聚力模型模拟能够得到与实验更吻合的结果,并且能再现键合界面的失效过程。     

某EBGA器件的失效分析

文中针对某一批次失效率较高的增强型球栅阵列(Enhanced Ball Grid Array,EBGA)器件进行了失效分析。根据产品的失效现象,假设EBGA器件失效由焊接原因或器件本身的质量问题引起,进行了焊接温度检测、焊点外貌检查、X射线检测、红墨水浸渍实验、重回流实验和重植球再焊实验。此系列实验证明该批次EBGA器件的失效并非由虚焊和"混合焊"等焊接原因引起。在上述实验结果(证明EBGA器件焊接可靠)基础上,进一步通过EBGA更换实验,证明该批次EBGA器件失效是由器件本身的质量问题引起的。     

多层界面相对陶瓷基复合材料横向开裂的影响模拟

针对多层界面相对陶瓷基复合材料(CMCs)横向开裂行为的影响进行了细观有限元模拟。在代表体单元模型中,按照界面相各亚层的实际厚度建立多层界面相几何模型,然后赋予各亚层对应的组分材料参数,建立细观有限元模型。在此基础上,分别采用扩展有限单元法(XFEM)和内聚力界面模型来模拟CMCs中的开裂裂纹和脱粘裂纹,实现复合材料横向开裂过程的模拟。对单层BN界面相和(BN/Si C/BN)、(BN/Si C/BN/Si C/BN)两种多层界面相的模拟结果进行了对比。可以看出,所研究的Si C/Si C复合材料在横向载荷作用下,首先在纤维与界面相之间产生脱粘裂纹,脱粘裂纹扩展后引起外侧基体开裂,最终引起复合材料横向失效;与单层界面相相比,多层界面相将引起不同形态的脱粘裂纹,其横向开裂应变高于单层界面相,开裂位置也存在显著差异。     

Sn60Pb40焊层在热循环过程中蠕变行为的仿真研究

文中采用ANAND焊点本构关系模型描述了Sn60Pb40焊层蠕变行为,通过MARC有限元软件模拟了电子封装器件Sn60Pb40焊层在热循环中的蠕变过程,研究了Sn60Pb40焊层的蠕变应变最大值出现的位置,分析了封装结构热失配和焊层厚度对Sn60Pb40焊层蠕变应变的影响。结果表明:焊层边角处最早发生蠕变断裂,降低封装结构热失配程度和优化焊层厚度均可减小Sn60Pb40焊层的蠕变变形。该研究结果不仅为封装结构的热匹配优化设计提供了新的思路,也为预测焊层蠕变断裂位置和优化工艺提供了技术支持。     

含夹杂物轴承钢中裂纹的萌生与扩展

针对轴承钢中夹杂物周围应力集中导致的疲劳剥落,建立了一种结合连续损伤力学的内聚力模型,用于模拟滚动接触循环加载下的裂纹萌生与扩展。基于内聚力模型的损伤起始准则和损伤演化规律,利用VUMAT子程序结合连续损伤力学构造了新的损伤演化方式,实现循环加载下的损伤累积,建立了基于内聚力模型的疲劳损伤累积失效模型,对含夹杂物模型的疲劳裂纹萌生与扩展进行了模拟,并研究了载荷条件和接触区摩擦因数对裂纹萌生与扩展以及疲劳寿命的影响。研究结果揭示了微观裂纹的萌生与扩展过程,为认识滚动接触疲劳提供了基础。     

跌落过程中焊点的有限元模拟

电子封装是连接电子系统和半导体芯片的一个纽带,焊球的破坏会导致整个封装结构的失效。随着便携式电子设备的不断普及,电子封装结构在跌落冲击过程中的可靠性逐渐成为研究的重点,建立了BGA封装跌落问题的三维有限元分析模型,模拟了水平自由跌落、垂直自由跌落和以任意角度自由跌落三种状态下PCB板的应变分布和焊球的应力应变情况,用以研究焊球的可靠性,并对三种不同跌落状况进行对比分析,模拟分析表明水平自由跌落状况最为危险,因此在真实跌落试验中建议采用此种跌落方式进行试验。     

搭接长度对平纹机织复合材料胶接结构连接性能影响的多尺度分析

针对平纹机织复合材料层合板,首先基于均匀化方法确定细观模型的性能参数,其次采用Hashin准则分析细观模型损伤过程,最后引入连续损伤力学模型和内聚力模型建立层合板胶接结构宏观模型。研究结果表明,平纹机织复合材料层合板的数值曲线与试验结果吻合较好,验证多尺度模型的有效性;搭接长度在5～15 mm时,随着搭接长度的增大,单搭和双搭胶接结构的极限失效载荷逐渐增大,并趋于稳定,而搭接剪切强度逐渐减小;单搭和双搭胶接结构的失效形式随着搭接长度的增大逐渐由胶层剪切失效过渡到层间分层失效;相同搭接长度下,与单搭胶接结构相比,双搭结构的极限失效载荷较大。基于均匀化方法、Hashin失效准则、内聚力模型和连续损伤力学模型,提出一种平纹机织复合材料多尺度模型,对结构性能设计和使用寿命具有重要意义。     

钢铝压-胶复合连接接头力学行为与失效机理研究

在钢铝压印连接界面之间加入胶粘剂,能有效提高接头性能,但接头的力学行为与失效机理非常复杂.以双相高强钢板DP590和铝合金板6061-T6为连接材料,对钢铝压-胶复合连接接头的力学行为和失效机理进行了有限元模拟和试验研究.基于ABAQUS有限元分析软件,采用GTN(Gurson tvergaard needleman)模型+内聚力(Cohesive zone)模型的混合失效模型,模拟了压-胶复合连接接头的成形和失效行为.通过压印连接、胶接以及压-胶复合连接接头的搭接剪切试验,对比分析了以上3种接头的失效模式和力学行为.结合压-胶复合连接接头的胶粘剂分布规律和胶层失效过程,揭示了压-胶复合连接接头的失效机理.     

疲劳载荷下复合材料分层损伤扩展的数值模拟方法

为了研究复合材料层合结构在疲劳载荷下的分层扩展行为,开发了复合材料层间疲劳损伤数值计算模型。定义层间材料模型包括层间材料本构关系、损伤判据以及疲劳损伤演化法则。疲劳损伤通过定义内聚力单元损伤变量的演化规律来表示。通过有限元商用软件,考虑到疲劳问题的特点,运用加速算法和疲劳载荷等效原理,并结合自定义材料子程序实现了疲劳损伤的模拟。最后,运用该模型模拟了层状复合材料双悬臂梁的疲劳分层扩展,并将数值模拟结果与实验数据对比,表明该模型在模拟层间裂纹的形成和扩展的有效性。     

基于内聚力模型的T型钎焊接头裂纹扩展数值模拟

钎焊接头的钎缝是板翅式回热器中的薄弱环节,最容易产生裂纹。通过有限元模拟和试验相结合的方法得到T型316L/BNi-2钎焊接头的内聚能Gc和损伤起始应力σmax,并使用内聚力模型研究了接头的裂纹起裂和扩展过程。模拟结果与试验结果吻合较好,表明内聚力模型可以很好地预测316L/BNi-2 T型钎焊接头的裂纹起裂和扩展过程,且可以将其用于钎焊接头裂纹扩展规律的研究。此外,模拟结果还表明,提高母材屈服强度可以明显地改善钎焊接头的抗开裂能力。