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基于Anand模型的BGA封装热冲击循环分析及焊点疲劳寿命预测
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作者 张惟斌 申坤 +1 位作者 姚颂禹 江启峰 《电子与封装》 2024年第3期45-49,共5页
BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置... BGA封装在电子元器件中的互连、信息传输等方面起着重要作用,研究封装元件的可靠性以及内部焊点在高温、高湿、高压等极限条件下的稳定性显得尤为重要。基于Anand模型分析了封装元件在热冲击下的塑性变形和应力分布,同时对不同空间位置焊点的最大应力与主要失效位置进行了对比,并运用Darveaux模型计算出焊点最危险单元的裂纹萌生、裂纹扩展速率和疲劳寿命。结果表明,在热冲击极限载荷下,封装元件的温度呈现对称分布,表面温度与内部温度差较大,约为15℃;最大变形为0.038 mm,最大变形位置为外侧镀膜处;最大应力为222.18 MPa,内部其余部分的应力值为20 MPa左右。对于内部焊点,最大应力为19.02 MPa (250 s),应力最大位置在锡球下方边缘,预估其疲劳寿命为6.29天。 展开更多
关键词 BGA封装 anand模型 焊点 热冲击 疲劳寿命
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Anand模型预测63Sn37Pb焊锡钎料的应力应变行为 被引量:18
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作者 张莉 陈旭 +1 位作者 Nose H Sakane M 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2004年第4期447-450,共4页
通过在温度 3 13K~ 3 98K、应变率 10 - 3% s~ 10 % s内的一系列恒应变率拉伸实验 ,研究 63Sn3 7Pb焊锡钎料的力学行为 ,发现该材料的应力应变关系与温度和应变率有很大的相关性。采用统一型Anand粘塑性本构方程对该材料在较大温度... 通过在温度 3 13K~ 3 98K、应变率 10 - 3% s~ 10 % s内的一系列恒应变率拉伸实验 ,研究 63Sn3 7Pb焊锡钎料的力学行为 ,发现该材料的应力应变关系与温度和应变率有很大的相关性。采用统一型Anand粘塑性本构方程对该材料在较大温度和应变率范围内的应力应变行为进行数值模拟。结果表明Anand粘塑性方程可以有效地描述 63Sn3 7Pb焊锡钎料在 10 %应变下的温度和应变率相关粘塑性本构行为。 展开更多
关键词 63Sn37Pb焊锡钎料 anand粘塑性模型 应力应变行为
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基于Anand模型的柔性直流输电用IGBT模块焊接应力变形分析 被引量:2
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作者 王蕤 骆健 +3 位作者 姚二现 董长城 刘旭光 杨阳 《半导体技术》 CAS 北大核心 2021年第11期887-892,898,共7页
IGBT模块直接覆铜(DBC)基板与底板进行回流焊接过程中,由于材料热膨胀系数不匹配,会产生较大翘曲与残余应力,影响模块可靠性。针对某柔性直流(VSC-HVDC)输电用大功率IGBT模块,基于有限元法,根据实际真空回流焊温度曲线,对比分析了Al_(2)... IGBT模块直接覆铜(DBC)基板与底板进行回流焊接过程中,由于材料热膨胀系数不匹配,会产生较大翘曲与残余应力,影响模块可靠性。针对某柔性直流(VSC-HVDC)输电用大功率IGBT模块,基于有限元法,根据实际真空回流焊温度曲线,对比分析了Al_(2)O_(3)/Cu、AlN/AlSiC和Si_(3)N_(4)/AlSiC 3种陶瓷衬板与底板组合的焊接翘曲变形与残余应力分布。结果表明相对于Cu底板,采用AlSiC底板能有效降低底板翘曲与残余应力。相较于Si_(3)N_(4)陶瓷衬板,AlN陶瓷衬板与AlSiC底板的热膨胀系数匹配度更高,焊接后翘曲与残余应力最小。测试结果表明,AlN/AlSiC组合的仿真与实测变形量基本一致,测量范围内长边和短边方向误差分别为5.9%和5.6%。 展开更多
关键词 绝缘栅双极晶体管(IGBT) 回流焊 anand模型 陶瓷衬板 底板
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ANAND粘塑性本构模型在热处理消除焊接残余应力效果定量评价中的应用
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作者 陈勇 高德平 陈士煊 《理化检验(物理分册)》 CAS 2003年第4期188-191,共4页
将ANAND粘塑性本构关系引入到焊后热处理消除残余应力的有限元计算中。计算结果表明 ,ANAND本构关系可以较好的模拟焊接件在热处理条件下的力学行为 ,采用该本构关系所计算出来的残余应力消除效果明显 ,Y方向的残余应力减小幅度在 30 %... 将ANAND粘塑性本构关系引入到焊后热处理消除残余应力的有限元计算中。计算结果表明 ,ANAND本构关系可以较好的模拟焊接件在热处理条件下的力学行为 ,采用该本构关系所计算出来的残余应力消除效果明显 ,Y方向的残余应力减小幅度在 30 %以上 ,而且表面的残余应力还由处理前的拉应力变为压应力。此外 ,该本构关系还可以进一步应用到热处理条件的优化中。 展开更多
关键词 anand粘塑性本构模型 热处理 焊接残余应力 有限元计算 定量评价 焊后处理
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Anand本构方程在焊点可靠性研究中的应用 被引量:4
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作者 王旭艳 徐仁春 刘刚 《电焊机》 北大核心 2012年第12期66-69,共4页
焊点可靠性直接决定了电子产品的使用寿命。因此,在微电子领域,对焊点可靠性提出了更高的要求。有限元模拟技术是研究焊点可靠性的重要手段。综合评述了一种统一了蠕变和塑性变形的非线性本构方程——Anand本构模型;概述了其发展演变过... 焊点可靠性直接决定了电子产品的使用寿命。因此,在微电子领域,对焊点可靠性提出了更高的要求。有限元模拟技术是研究焊点可靠性的重要手段。综合评述了一种统一了蠕变和塑性变形的非线性本构方程——Anand本构模型;概述了其发展演变过程及研究现状;介绍了该本构方程中9个参数的计算规则,并进一步分析了目前国内外对于本构方程参数的确定以及进一步的改进情况。在焊点可靠性研究方面,评论了该模型在无铅QFP、BGA焊点应力-应变分析及焊点疲劳寿命预测方面的应用,为焊点可靠性的研究提供了理论指导。同时,为了更好的研究无铅焊点的可靠性,对该模型的构建及修正提出了新的需求。 展开更多
关键词 anand本构模型 蠕变 微电子焊接 焊点可靠性
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Pb_(90)Sn_(10)焊点硅基器件与PCB板组装的温循可靠性研究
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作者 张君直 凌显宝 +1 位作者 袁汉钦 田飞飞 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2023年第4期370-374,共5页
采用有限元仿真和实验两者相结合的方法,对-40~70℃使用环境下的Pb_(90)Sn_(10)焊点硅基器件与PCB板组装的组件,选择-55~85℃温度循环条件进行可靠性分析和研究。Anand模型仿真分析焊点在温循下应力应变行为,提取模型焊点在最后一个温... 采用有限元仿真和实验两者相结合的方法,对-40~70℃使用环境下的Pb_(90)Sn_(10)焊点硅基器件与PCB板组装的组件,选择-55~85℃温度循环条件进行可靠性分析和研究。Anand模型仿真分析焊点在温循下应力应变行为,提取模型焊点在最后一个温度循环结束时的等效塑性应变分布并进行分析,确定最易发生热疲劳失效的关键焊点和关键位置。基于Coffin-Manson方程对热循环条件下焊点的服役寿命和失效模式进行预测。仿真结果表明焊点失效机理为热疲劳失效,失效模式为焊点开裂,失效循环周期为3984 cycles。实验表明:温度循环500次,未出现焊点裂纹、空洞等缺陷;温度循环2000次后焊点形貌由球形变为椭球形,焊点未出现明显缺陷。 展开更多
关键词 Pb_(90)Sn_(10)焊点 温度循环 anand模型仿真 寿命预测
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Application of Anand's constitutive model on twin roll casting process of AZ31 magnesium alloy 被引量:1
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作者 胡小东 巨东英 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2006年第B02期586-590,共5页
Twin-roll thin strip casting process combines casting and hot rolling into a single process, in which thermal stress and thermal mechanical stress were involved. Considering the high temperature gradient, the existing... Twin-roll thin strip casting process combines casting and hot rolling into a single process, in which thermal stress and thermal mechanical stress were involved. Considering the high temperature gradient, the existing of liquid and solid regions and rolling deformation, suitable constitutive model is the key to describe the process. Anand's model is a temperature-dependent, rate-dependent and unified of creep and plasticity model and the Jaumann derivative was employed in Anand's model which makes the constitutive model frame-indifferent or objective, therefore the highly nonlinearities behavior in the twin-roll casting process can be simulated. The parameters of the Anand's model were regressed based on the compression tests of AZ31 magnesium alloy. The simulation results reveal that the Anand's model can well describe the deformation characteristics of twin-roll casting process. Based on the simulation results, the form of evolution equations in Anand's model was discussed. 展开更多
关键词 AZ31镁合金 薄带 双辊铸造过程 anand成分模型 粘弹性
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不同填胶方式对细间距器件焊点可靠性影响 被引量:1
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作者 鲍诺 王春洁 宋顺广 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期110-115,共6页
为了获得一种较好的填胶方式来增加3D PLUS组件焊点的可靠性,采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,分析热循环载荷下无胶、端封、底封三种状况焊点的应力、应变分布情况及危险点位置,得到焊点应力和塑性应变周期性累... 为了获得一种较好的填胶方式来增加3D PLUS组件焊点的可靠性,采用非线性有限元分析方法和统一型粘塑性Anand本构方程,分析热循环载荷下无胶、端封、底封三种状况焊点的应力、应变分布情况及危险点位置,得到焊点应力和塑性应变周期性累积叠加并逐渐趋于平缓的规律.比较三种状态下焊点的应力、塑性应变的最大值及其变化规律,分析结果表明底封方式能有效的改善焊点的应力、应变状况.改变底封方式胶粘剂的线膨胀系数,找到线膨胀系数对焊点应力、应变影响规律,选出较优线膨胀系数的胶粘剂. 展开更多
关键词 焊点 anand模型 填胶方式 等效应力 塑性应变 有限元法
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CSP封装Sn-3.5Ag焊点的热疲劳寿命预测 被引量:8
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作者 韩潇 丁汉 +1 位作者 盛鑫军 张波 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第9期1695-1700,共6页
对芯片尺寸封装(CSP)中Sn-3.5Ag无铅焊点在热循环加速载荷下的热疲劳寿命进行了预测.首先利用ANSYS软件建立CSP封装的三维有限元对称模型,运用Anand本构模型描述Sn-3.5Ag无铅焊点的粘塑性材料特性;通过有限元模拟的方法分析了封装结构... 对芯片尺寸封装(CSP)中Sn-3.5Ag无铅焊点在热循环加速载荷下的热疲劳寿命进行了预测.首先利用ANSYS软件建立CSP封装的三维有限元对称模型,运用Anand本构模型描述Sn-3.5Ag无铅焊点的粘塑性材料特性;通过有限元模拟的方法分析了封装结构在热循环载荷下的变形及焊点的应力应变行为,并结合Darveaux疲劳寿命模型预测了无铅焊点的热疲劳寿命. 展开更多
关键词 芯片尺寸封装 无铅焊点 anand本构模型 疲劳寿命 有限元分析
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热循环载荷下POP堆叠电子封装的可靠性研究 被引量:1
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作者 刘昭云 杨雪霞 《太原科技大学学报》 2018年第6期473-478,共6页
POP堆叠各个材料之间的热膨胀系数差别较大,在多次使用发热后导致的热失配问题变成了一个研究重点。本文主要通过ANSYS软件建立1/4POP堆叠的三维有限元分析模型,施加的热载荷依据美国ML-STD-883军标。同时考虑Sn3. 0Ag0. 5Cu材料焊料球... POP堆叠各个材料之间的热膨胀系数差别较大,在多次使用发热后导致的热失配问题变成了一个研究重点。本文主要通过ANSYS软件建立1/4POP堆叠的三维有限元分析模型,施加的热载荷依据美国ML-STD-883军标。同时考虑Sn3. 0Ag0. 5Cu材料焊料球的粘塑性以Anand模型表现。通过观察计算完成后的位移云图、von mises应力云图、以及等效塑性应变云图、最大等效塑性应变焊料球应力分布等,分析在多次热循环中顶层、底层焊料球的关键焊点位置,最大应变出现位置等,通过所得到的数据以及曲线图的塑性应变值以Manson-coffin模型来估算该种POP堆叠的热循环寿命。进而分析出POP堆叠在热循环载荷下的可靠性。 展开更多
关键词 POP堆叠 热循环载荷 anand粘塑性模型 寿命估算
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Sn-Zn-Bi-In-P新型无铅焊料压缩力学性能分析及ANAND本构方程参数确定 被引量:2
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作者 于红娇 张弓 马莒生 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期2383-2388,共6页
在gleeble1500力学试验机上,对Sn-4.5Zn-2Bi-In-P,Sn-9Zn-2.5Bi-In-P,Sn-8Zn-3Bi 3种无铅焊料进行系列恒温恒应变速率的压缩试验,实验系列由3种实验温度(20,60,100℃)和5种应变速率(101,100,10-1,10-2,10-3)正交组成。结果表明:3种无铅... 在gleeble1500力学试验机上,对Sn-4.5Zn-2Bi-In-P,Sn-9Zn-2.5Bi-In-P,Sn-8Zn-3Bi 3种无铅焊料进行系列恒温恒应变速率的压缩试验,实验系列由3种实验温度(20,60,100℃)和5种应变速率(101,100,10-1,10-2,10-3)正交组成。结果表明:3种无铅焊料的饱和应力随应变速率的增加而增加,随温度的升高而减小;在所有实验系列中,Sn-8Zn-3Bi合金的饱和应力最大,Sn-4.5Zn-2Bi-In-P最小;应用非线性拟合方法分别确定了描述3种无铅焊料非弹性率相关性的Anand粘塑性本构方程的9个材料常数;通过实验数据与Anand模型预测数据的对比分析,表明Anand模型能有效描述3种新型无铅焊料的粘塑性行为,为3种无铅焊料焊点的可靠性模拟和失效分析提供模型支持。 展开更多
关键词 新型无铅焊料 压缩试验 anand模型参数
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WLCSP30器件SnAgCuFe焊点可靠性研究(英文) 被引量:1
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作者 张亮 郭永环 +1 位作者 孙磊 何成文 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2823-2826,共4页
研究Sn Ag Cu Fe焊点的本构方程,采用拉伸测试拟合本构模型的9个参数。基于有限元模拟应用Anand模型分析WLCSP30器件Sn Ag Cu Fe焊点的应力-应变响应。结果表明,器件最大应力集中在拐角焊点上表面,Sn Ag Cu Fe焊点应力值明显小于Sn Ag C... 研究Sn Ag Cu Fe焊点的本构方程,采用拉伸测试拟合本构模型的9个参数。基于有限元模拟应用Anand模型分析WLCSP30器件Sn Ag Cu Fe焊点的应力-应变响应。结果表明,器件最大应力集中在拐角焊点上表面,Sn Ag Cu Fe焊点应力值明显小于Sn Ag Cu焊点。基于疲劳寿命预测模型,证实微量的Fe可以显著提高Sn Ag Cu焊点疲劳寿命,因此Sn Ag Cu Fe可以替代传统的Sn Pb应用于电子封装。 展开更多
关键词 anand模型 焊点 应力-应变 疲劳寿命
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锡铅钎料粘塑性行为及其本构描述 被引量:3
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作者 邢睿思 王龙 +1 位作者 侯传涛 宋俊柏 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期712-720,共9页
随着航天事业的发展,航天电子产品使用环境变得越来越复杂苛刻,对焊点可靠性要求日益提高,因此,研究焊点材料服役环境下的本构关系对于分析焊点性能、准确预测焊点可靠性具有重要意义.本文分析锡铅钎料Sn63Pb37在-45~150℃温度范围内和1... 随着航天事业的发展,航天电子产品使用环境变得越来越复杂苛刻,对焊点可靠性要求日益提高,因此,研究焊点材料服役环境下的本构关系对于分析焊点性能、准确预测焊点可靠性具有重要意义.本文分析锡铅钎料Sn63Pb37在-45~150℃温度范围内和10^(-5)~10^(-3)/s应变率范围内的粘塑性行为,在此基础上,建立了修正的Anand本构模型.通过构建材料参数与温度的函数关系,提升Anand本构模型在不同环境温度尤其是低温环境下对材料应力-应变关系的预测能力,为航天电子产品可靠性设计提供技术支撑. 展开更多
关键词 锡铅钎料 anand模型 粘塑性 本构模型
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Sn-Ag3.0-Cu0.5/Cu金属间化合物生长行为及其对PBGA焊点热疲劳可靠性的影响 被引量:3
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作者 肖革胜 杨雪霞 +2 位作者 李志刚 陈桐 树学峰 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期2315-2320,共6页
利用SMT全自动回流焊机和高温恒温试验箱,制备出经2次回流焊且不同时效处理时间的Sn-Ag3.0-Cu0.5/Cu焊点试件,对其金属间化合物(IMC)的厚度进行测量,发现其厚度的增长与时效时间的平方根近似成线性关系。采用统一粘塑性Anand本构模型来... 利用SMT全自动回流焊机和高温恒温试验箱,制备出经2次回流焊且不同时效处理时间的Sn-Ag3.0-Cu0.5/Cu焊点试件,对其金属间化合物(IMC)的厚度进行测量,发现其厚度的增长与时效时间的平方根近似成线性关系。采用统一粘塑性Anand本构模型来描述焊点的力学性能,运用有限元计算软件ANSYS对PBGA构件进行热循环模拟,对其在不同IMC厚度下的应力和应变响应进行分析。结果表明,芯片右下方焊点右上角热循环结束后累积的等效塑性应变最大,是整个PBGA构件的关键焊点;随着IMC厚度的增加,关键焊点热循环过程中的等效应力水平不断降低,相应剪切塑性应变范围Δγ不断增大,热疲劳寿命Nf则不断降低;升温和高温保温过程中剪切塑性应变的增加量构成了剪切塑性应变范围Δγ,且不同IMC厚度下升温段剪切塑性应变增加量占Δγ的比例基本维持在95%左右。 展开更多
关键词 金属间化合物 热循环模拟 剪切塑性应变 热疲劳寿命 anand本构模型
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