workbench仿真不同材料的CTE失配-陶瓷与PCB板焊接的热与结构仿真.docx

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1、Workbench 仿真陶瓷与 PCB 板焊接的热应力 邓晓毅工程最常用的不同材料 CTEcoefficient of thermal expansion 热膨胀系数失配，比方在电子产品中最常用的是陶瓷焊接在 PCB 板上，由于陶瓷，焊锡， PCB 板三个之间的 CTE 都不一样，很简洁消灭 CTE 失配，导致焊点开裂或陶瓷开裂纹。随着陶瓷滤波器在工程中使用越来越多，焊点或陶瓷裂开的状况越来越突出。因此在 ANSYS WORKBENCH 中在静力学中，做一个简洁的仿真，模拟 CTE 失配后的应力状况 ，然后依据此状况 去优化构造设计，比方优化焊点分布，焊点高度，焊锡材料不同焊锡的抗拉强度不一样

2、。在 PCB 板上增加应力槽。选择不同的陶瓷材料导热系数更高的陶瓷，硬度与强度更强的陶瓷。或者掌握器件在使用温度环境最高与最低温度，以及最大的温变速率使用 ANSYS 17.2 做的案例如下：压缩包已经全部设置完成，直接运算就能出结果材料属性，接触过程，划分网格操作步骤不再一一的介绍，可以参考此案例搜寻前期的workbench 热力学与构造力学多物理场耦合仿真 ， 里面有具体的前处理各种介绍，比方材料设置，接触，网格划分，载荷等。模型如下：陶瓷通过焊锡焊接在 PCB 板上。剖面图模型通过 Creo(其他三维软件都可)，或者 ANSYS 的 spaceclaim 建立。陶瓷与 PCB 板焊接，焊

3、锡不行能全部布满焊锡在排气，焊锡中必需有气孔，所以一般都是点阵列分布，而且陶瓷的电性能要传递到 PCB 板，内外导体有的地方要充分接地PCB 板焊锡陶瓷总体与焊锡分布图：1. 材料属性，接触过程，划分网格等前处理过程不再一一的介绍，可以参考此案例搜寻前期的workbench 热力学与构造力学多物理场耦合仿真 ， 里面有具体的前处理各种介绍，比方材料设置，接触，网格划分，载荷等。2. 划分网格后如下：3. 后处理中，分析步骤analysis settings翻开弱弹簧 weaksprings(假设没有弱弹簧，简洁消灭无约束状况 ，形变过大，与现实物理状况完全不符合。)4. 建议一个面增加无摩擦的

4、支撑约束，以便利看形变。也可以不设置。陶瓷的形变小，一般加载在陶瓷面上。5. 增加温度条件约束，在 loads 中 选择 thermal condition，在这里面设置的温度条件是稳态热分析。所以只有一个载荷步。选择全部的体，设置第一个温度为常温，其次个温度为 100 度。查看在这里面设置完成后，就可以仿真了仿真的后，查看形变：100 倍放大再查看应力，明显应力 1227MPA 过大，这里面解释一下，一般在边缘处，物料的网格假设不全都，简洁消灭这种状况，一般状况下，焊锡向内缩小 0.20.5mm (与网络划分大小有关),可以避开这样的状况。优化模型，陶瓷四周四周对外扩大 0.2mm，焊锡倒圆角，尽量消退奇异点。实际上还是存在奇点。只是消减了最大应力。假设要消退应力奇点，还有很多工作要做，这些不再一一介绍。