基于ANSYS的FeCrAl合金真空扩散焊模拟

桂林理工大学GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本科毕业设计(论文) 题目：金锡真空共晶焊仿真分析学院：机械与控制工程学院专业(方向)：机械设计制造及其自动化（机械装备设计与制造）摘要共晶焊是微电子组装技术中的一种重要焊接工艺，在混合集成电路中彰显出了较重要的地位。

芯片、焊片、基板共晶焊接后，由于芯片、焊片以及基板的热膨胀系数不相同而导致焊片内部产生热应力，甚至导致焊接失效，因此焊片焊接冷却后的应力分析是焊片可靠性预测的基础。

本文首先对芯片、焊片、基板共晶焊接后，冷却的热应力进行了仿真分析，运用ANSYS有限元软件，分别分析焊片厚度、基板厚度、芯片厚度、对流系数和冷却温度对应力的影响；其次针对影响共晶焊接冷却应力的五个因素，建立了三水平五因子的正交试验表，共18个组合，并对各因素因子组合进行了仿真分析，得到了各因素对共晶焊接冷却应力影响的程度和顺序。

所得结果对焊片、基板、芯片厚度对共晶焊冷却应力的影响提供理论依据，对各工艺参数及尺寸参数的选择具有一定指导意义，具有一定的工程应用价值。

关键词：共晶焊；仿真分析；正交试验；应力Simulated analysis of vacuum AuSn eutectic solder weldingAbstract:Eutectic solder is an important welding process in microelectronics assembly technology, highlighted in the hybrid integrated circuit more important position. After soldering,because of chip, welding，substrate，thermal expansion coefficient’s different ，welding thermal stress is generated, and even lead to welding failure, so the stress of the weld after welding cooling analysis is the basis of the welding piece of reliability prediction.This paper research the chip, welding pieces, substrate eutectic after welding, the thermal stress of cooling simulation analysis, the finite element software ANSYS, respectively analyzing welding slice thickness, substrate thickness, chip thickness, convection coefficient and the cooling temperature effect on the stress; Secondly according to the five factors influencing the eutectic welding stress of cooling, the establishment of a three level five factor orthogonal test table, a total of 18 combinations, and factor combination of various factors on the simulation analysis, obtained the impact of various factors on the eutectic welding cooling stress degree and order. Results on welding , substrate, chip thickness of eutectic welding cooling stress provide theoretical basis for the influence of the various process parameters and the selection of size parameters have certain guiding significance, has certain engineering application value.Key words:eutectic;simulated analysis;orthogonal test table;stress目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1研究的目的和意义 (1)1.2相关技术概述 (1)1.2.1金锡真空共晶焊简述 (1)1.2.2真空共晶设备 (2)1.3金锡真空共晶焊的研究现状 (3)1.4研究内容 (4)2 相关理论基础 (5)2.1 热传递的基本方式 (5)2.2 热应力理论 (6)2.3 正交试验法原理 (6)2.4 ANSYS14.5热分析的方法 (7)2.4.1 ANSYS的简介 (7)2.4.2 ANSYS14.5技术新特点 (8)2.4.3 ANSYS热分析原理 (8)2.4.4 瞬态热分析步骤 (8)3 金锡共晶焊应力仿真分析 (10)3.1 金锡共晶焊三维实体有限元模型的建立 (10)3.1.1 选择单元类型 (10)3.1.2 定义材料性能参数 (10)3.1.3 三维模型的建立与网格划分 (11)3.2 施加载荷 (12)3.3 求解与后处理 (12)3.4 共晶焊焊片的热应力耦合分析 (13)3.4.1 施加载荷与约束 (13)3.4.2 热应力耦合仿真结果 (13)4 基于正交试验的共晶焊应力分析 (15)4.1 共晶焊应力仿真的试验设计 (15)4.1.1 试验目的 (15)4.1.2 试验内容 (15)4.2 共晶焊片应力仿真的试验结果分析 (22)4.2.1 焊片厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.2 基板厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.3 芯片厚度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.4 对流系数对焊片最大应力值影响 (22)4.2.5冷却温度对焊片最大应力值影响 (22)4.2.6各因素的影响顺序 (23)5 结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1绪论1.1研究的目的和意义随着集成电路向着低成本方向发展，对芯片焊接要求具有高性能、高密度、高可靠性特点并且要小型化，基板或壳体与芯片互连，主要有共晶焊接和导电胶粘接两种方法。

基于ANSYS的管材对接焊数值模拟
丰兆安;姚峰;黄仁富
【期刊名称】《内江科技》
【年(卷),期】2013(034)005
【摘要】本文基于ANSYS有限元软件对V型坡口管材进行焊接模拟,建立三维实体模型和有限元模型,利用内生热的加载方式结合单元生死技术实现焊接过程的模拟.通过模拟计算获得焊接温度场的分布规律,得出焊道不同位置节点温度循环曲线图,并对焊接结果进行了分析和讨论.
【总页数】2页(P148,74)
【作者】丰兆安;姚峰;黄仁富
【作者单位】西南石油大学机电工程学院 610500成都;西南石油大学机电工程学院 610500成都;西南石油大学机电工程学院 610500成都
【正文语种】中文
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焊接模拟ansys实例!下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进!行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。

finish/clear/filnam,1-2D element birth and death/title,Weld Analysis by "Element Birth and Death"/prep7/unit,si !采用国际单位制!******************************************************et,1,13,4 !13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度et,2,13,4!1号材料是钢!2号材料是铝!3号材料是铜!铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来!下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量mptemp,1,20,500,1000,1500,2000mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11!假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系!下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量tb,bkin,1,5tbtemp,20,1tbdata,1,1200e6,0.193e11tbtemp,500,2tbdata,1, 933e6,0.150e11tbtemp,1000,3tbdata,1, 435e6,0.070e11tbtemp,1500,4tbdata,1, 70e6,0.010e11tbtemp,2000,5tbdata,1, 7e6,0.001e11!tb,bkin,2,5tbtemp,20,1tbdata,1,800e6,0.102e11tbtemp,500,2tbdata,1,400e6,0.050e11tbtemp,1000,3tbdata,1, 70e6,0.008e11tbdata,1, 1e6,0.0001e11tbtemp,2000,5tbdata,1,0.1e6,0.00001e11!tb,bkin,3,5tbtemp,20,1tbdata,1,900e6,0.117e11tbtemp,500,2tbdata,1,700e6,0.090e11tbtemp,1000,3tbdata,1,230e6,0.030e11tbtemp,1500,4tbdata,1, 40e6,0.005e11tbtemp,2000,5tbdata,1, 4e6,0.0005e11!!材料密度(假设为常值)mp,dens,1,8030mp,dens,2,4850mp,dens,3,8900! 热膨胀系数(假设为常值)mp,alpx,1,1.78e-5mp,alpx,2,9.36e-6mp,alpx,3,1.66e-5!泊松比(假设为常值)mp,nuxy,1,0.29mp,nuxy,2,0.30mp,nuxy,3,0.30!热传导系数(假设为常值)mp,kxx,1,16.3mp,kxx,2,7.44mp,kxx,3,393!比热(假设为常值)mp,c,1,502mp,c,2,544mp,c,3,385!热膨胀系数(假设为常值)!由于该13号单元还有磁自由度, 此处假设一磁特性, 但并不影响我们所关心的结果mp,murx,1,1mp,murx,2,1mp,murx,3,1!假设焊料(铝)焊上去后的初始温度是1500℃mp,reft,2,1500mp,reft,3,20!******************************************************!下面建立几何模型csys,0k,1,0,0,0k,2,0.5,0,0k,3,1,0,0 !长1米k,4,0,0.3,0 !厚度0.3米（二维中叫做宽度）k,5,0.35,0.3,0k,6,0.65,0.3,0k,7,1,0.3,0a,1,2,5,4a,2,6,5a,2,3,7,6!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!划分网格!!!!!!!!!!!!!!!!!esize,0.025type,2mat,2amesh,2!esize,0.05 !网格划分出现问题type,1mat,1amesh,1!mat,3amesh,3eplot!/soluantype,4 ! 瞬态分析trnopt,full!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!在模型的左边界加位移约束!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!nsel,all*get,minx,node,,mnloc,xnsel,s,loc,x,minxd,all,ux,0*get,miny,node,,mnloc,ynsel,r,loc,y,minyd,all,uy,0!*****假设模型的左右边界处温度始终保持在20摄氏度左右*****!其他边界条件如对流和辐射等均可施加，此处因为只是示意而已，故只施加恒温边界条件nsel,all*get,minx,node,,mnloc,xnsel,s,loc,x,minxd,all,temp,20nsel,all*get,maxx,node,,mxloc,xnsel,s,loc,x,maxxd,all,temp,20!!!!!!!!!!!!!!!由于第2个面是焊接所在区域，因此首先将该区域的单元“杀死”!!!!!!!!!!!!!!!!nna=2esel,all*get,emax,elem,,num,maxasel,s,area,,nnaesla*get,nse,elem,,count*dim,ne,,nse*dim,nex,,nse*dim,ney,,nse*dim,neorder,,nsemine=0!**********************************************!下面的do循环用于将焊料区的单元按其形心y坐标排序!以便后面模拟焊料由下向上逐步“生长”过程*do,i1,1,nseesel,u,elem,,mine*get,nse1,elem,,countii=0*do,i,1,emax*if,esel(i),eq,1,thenii=ii+1ne(ii)=i*endif*enddo*do,i,1,nse1*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y*get,nex(i),elem,ne(i),cent,x*enddominy=1e20minx=1e20*do,i,1,nse1*if,ney(i),lt,miny,thenminy=ney(i)minx=nex(i)mine=ne(i)*else*if,ney(i),eq,miny,then*if,nex(i),lt,minx,thenminy=ney(i)minx=nex(i)mine=ne(i)*endif*endif*endif*enddoneorder(i1)=mine*enddo!************************************************************** max_tem=1500 !按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃dt1=1e-3 !用于建立初始条件的一个很小的时间段dt=5 !焊接一个单元所需的时间t=0 !起始时间esel,alleplot/auto,1/replot*do,i,1,nseekill,neorder(i)esel,s,liveeplot*enddoallsel,alloutres,all,allic,all,temp,20kbc,1timint,0,structtimint,1,thermtimint,0,magtintp,0.005,,,1,0.5,0.2!nsub1=2nsub2=40!**************************************************do,i,1,nseealive,neorder(i)esel,s,liveeplotesel,all!******下面的求解用于建立温度的初始条件******t=t+dt1time,tnsubst,1*do,j,1,4d,nelem(neorder(i),j),temp,max_tem*enddosolve!****下面的求解用于保证初始的升温速度为零****t=t+dt1time,tsolve!*********下面的步骤用于求解温度分布***********do,j,1,4ddele,nelem(neorder(i),j),temp*enddot=t+dt-2*dt1time,tnsubst,nsub1solve*enddot=t+50000 !*********下面的步骤用于冷却过程求解***** time,tnsubst,nsub2solvesavefinish!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!后处理过程!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!/post1!**************下面的一系列命令用于生成应力的动画文件******* /seg,dele/cont,1,15,0,1200e6/16,1200e6/dscale,1,1.0avprin,0,0avres,1/seg,multi,stress1,0.1esel,all*do,i,1,nseesel,u,elem,,neorder(i)*enddo*do,i,1,nseesel,a,elem,,neorder(i)set,(i-1)*3+1,1plnsol,s,eqv*do,j,1,nsub1set,(i-1)*3+3,jplnsol,s,eqv*enddo*enddo*do,i,1,nsub2set,(nse-1)*3+4,iplnsol,s,eqv*enddo/seg,off,stress1,0.1/anfile,save,stress1,avi!**********下面的一系列命令用于生成温度的动画文件************ /seg,dele/cont,1,15,0,1500/16,1500/dscale,1,1.0avprin,0,0avres,1/seg,multi,temp1,0.1esel,all*do,i,1,nseesel,u,elem,,neorder(i)*enddo*do,i,1,nseesel,a,elem,,neorder(i)set,(i-1)*3+1,1plnsol,temp*do,j,1,nsub1set,(i-1)*3+3,jplnsol,temp*enddo*enddo*do,i,1,nsub2set,(nse-1)*3+4,iplnsol,temp*enddo/seg,off,temp1,0.1/anfile,save,temp1,avifinish。

基于ANSYS的焊接电缆空间电磁场分布的仿真计算一、引言焊接是一种常见的连接工艺，而焊接电缆作为焊接设备的重要组成部分，在焊接过程中承担着输送电流的重要作用。

在焊接电缆工作时，会受到周围空间的电磁场影响，因此了解焊接电缆空间电磁场的分布情况对于保障焊接工作的安全和稳定性具有重要意义。

本文将利用ANSYS软件对焊接电缆在空间内的电磁场分布情况进行仿真计算，以期为焊接工作提供一定的参考依据。

二、研究方法1. 研究对象本文选取了一款常见的焊接电缆作为研究对象，该焊接电缆由导体和绝缘材料组成，具有一定的长度和截面积。

我们将对该焊接电缆在空间内的电磁场分布进行仿真计算。

2. 数据采集3. 建立模型在采集好焊接电缆的相关参数后，我们将利用ANSYS软件建立焊接电缆的仿真模型。

我们将焊接电缆的几何参数导入到ANSYS软件中，然后根据焊接电缆的实际结构，建立相应的几何模型。

接下来，我们需要导入焊接电缆的材料参数，并建立起模型的物理性质。

4. 边界条件建立好焊接电缆的模型后，我们需要为模型设置相应的边界条件。

对于焊接电缆的仿真模型，我们需要考虑焊接电缆周围的电磁场情况，因此需要设置适当的边界条件，以保证仿真计算的准确性。

5. 仿真计算在完成模型建立和边界条件设置后，我们将进行焊接电缆空间电磁场的仿真计算。

在仿真计算过程中，我们将模拟焊接电缆受外界电磁场的影响，分析焊接电缆内部的电场分布、磁场分布等情况。

6. 结果分析我们将对仿真计算的结果进行分析和总结，以验证焊接电缆空间电磁场分布的情况，并对焊接工作提出相应的建议。

三、仿真计算结果分析1. 焊接电缆内的电场分布不均匀，存在一定的电场集中区域。

这可能会对焊接电缆周围的设备和人员产生一定的电场影响，需要注意安全防护措施。

3. 焊接电缆内部的电磁场分布与电流大小、频率等参数密切相关，需要在实际工作中根据具体情况进行调整和控制。

四、结论和建议1. 在实际焊接工作中，需要根据焊接电缆的具体工作状态和周围环境的实际情况，采取相应的电场和磁场屏蔽措施，以保障周围设备和人员的安全。