纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。
假设未损伤材料为线弹性材料。
因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。
Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。
另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。
本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。
损伤与失效模型的通用框架Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。
材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。
刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。
为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。
如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。
材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈服阶段（b-c段）。
超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。
最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。
C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。
超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。
根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。
图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘）●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点）●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d）●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图19.1.1-1中的d点）。
总结本章主要讲解累积损伤与失效的概论、塑性金属材料的累积损伤与失效和纤维增强复合材料的累积损伤与失效。
其中重点内容有：●塑性金属材料损伤萌生准则，包括有：塑性准则、Johnson-Cook准则、剪切准则、成形极限图准则、成形极限应力图准则、M-K准则和M-S成形极限图准则，其中M-K准则较难理解。
●塑性金属材料的演化规律，包括有：基于有效塑性位移的损伤演化规律和基于能量耗散理论的损伤演化规律。
●塑性金属材料失效后网格中单元的移除，其中壳单元的移除较难理解。
●纤维增强复合材料损伤萌生准则，包括有：纤维拉伸断裂、纤维压缩屈曲和扭结、基体拉伸断裂和基体压缩破碎。
●纤维增强复合材料损伤的演化，四种失效模式（纤维拉伸失效、纤维压缩失效、基体拉伸断裂失效和基体压缩破碎失效）均基于能量耗散理论，并对应不同的损伤变量，其中损伤变量的求解比较繁琐。
目录19 累积损伤与失效分析 (3)19.1累积损伤与失效概述 (3)19.1.1 累积损伤与失效 (3)19.2 金属塑性材料的损伤与失效 (6)19.2.1 金属塑性材料损伤与失效概论 (6)19.2.2 金属塑性材料损伤初始阶段 (8)19.2.3 塑性金属材料的损伤演化与单元的移除 (24)19.3 纤维增强复合材料的损伤与失效 (35)19.3.1纤维增强复合材料的损伤与失效：概论 (35)19.3.2 纤维增强复合材料的损伤初始产生 (38)19.3.3 损伤演化与纤维增强复合材料的单元去除 (41)19 累积损伤与失效分析19.1累积损伤与失效概述19.1.1 累积损伤与失效Abaqus提供了以下材料模型来预测累积损伤与失效：1）塑性金属材料的累积损伤与失效：Abaqus/Explicit拥有建立塑性金属材料的累积损伤与失效模型的功能。
此功能可以与the Mises, Johnson-Cook, Hill, 和Drucker-Prager等塑性材料本构模型一起使用（塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）。
编号：毕业设计说明书题目：基于ANSYS有限元仿真封装材料热循环加载下界面层裂与结构优化学院：机电工程学院专业：微电子制造工程学生姓名：学号：指导教师单位：微电子制造工程教研室姓名：职称：副教授题目类型：☐理论研究☐实验研究☑工程设计☐工程技术研究☐软件开发2013年3月8日随着IT 行业快速、稳定的发展，微芯片举足轻重，同时芯片器件的可靠性成为人们最为关注的问题之一，其可靠性的研究不可懈怠，而且研究方面还要更精细、更广泛、更综合。
微芯片的失效种类很多，其中封装体的热-力失效问题是影响电子器件可靠性的主要原因，目前国内对于由热循环载荷引起的封装材料层面断裂失效的研究不少，但只是一些旧的器件模型。
基于此问题，本文引进内聚力模型（CZM ）法，参考前人实验测出的芯片与粘结剂界面的开裂临界能c G 和临界有效张开距离c V ，利用有限元分析软件ANSYS 对热循环载荷下PBGA 器件受最大应力界面的脱层开裂情况进行了研究，并主要分析了不同Diepad （基板）厚度对器件脱层失效的影响。
结果表明：芯片与粘结剂之间的界面最容易发生脱层开裂；Diepad 厚度对器件的脱层开裂影响较大。
随后通过增加Diepad 厚度对PBGA 器件进行了结构优化，进而提高PBGA 器件的抗脱层开裂能力，为以后的器件脱层开裂问题提供了理论基础。
关键词：PBGA ；内聚力模型；Diepad ；界面脱层开裂；结构优化As rapid and stable development of the IT industry,microchip is pivotal.Meanwhile chip ’s reliability has become one of the most concern,its reliability is non-slack,and research is even more sophisticated,more extensive and comprehensive.There are many different types of microchip ’s failure,wherein the package body heat-power failures that affect the reliability of electronic devices mainly.Currently,for domestic load caused by the thermal cycle of the packaging materials fracture of many aspects,but only some of the old device model.Based on this issue,this paper introduces CZM Act,using finite element analysis software ANSYS thermal cycling loads PBGA device interface delamination by the maximum stress cracking conducted a study by reference to previous experiments measured the interface chip and a binder critical energy c G and the critical crack opening distance c V effective.And mainly analyzing the different Diepad(substrate) thickness delamination failure of the device.The results show that the interface between the chip and the adhesive delamination crack most likely to occur;Diepad thickness of the device greater impact delamination crack.Followed by increasing Diepad thickness on structural optimization PBGA devices,thereby increasing the resistance to delamination crack PBGA device capabilities for future devices delamination cracking problem providing a theoretical basis.Keywords:PBGA;CZM;Diepad;Interface delamination crack;Structural optimization目录摘要 (2)Abstract (3)第一章绪论 (6)1.1现代微电子封装技术的基本概念 (6)1.1.1封装的功能 (6)1.1.2电子封装级别 (7)1.2微电子封装的可靠性概述 (8)第二章失效机理与内聚力模型理论 (9)2.1电子元器件失效分析概论 (9)2.1.1电子封装失效机理 (9)2.1.2芯片和基板的粘接疲劳 (10)2.2断裂力学及断裂物理 (12)2.2.1界面应力分析 (13)2.2.2基本断裂力学方法 (15)2.3内聚力模型概念 (15)2.3.1内聚力模型与传统断裂力学方法的比较 (16)2.3.2利用内聚力模型分析 (17)第三章电子封装可靠性数值模拟原理及方法 (19)3.1本文研究内容 (19)3.1.1PBGA概况 (19)3.2焊点力学性能及本构方程 (21)3.2.1焊点的力学行为 (21)3.2.2统一型Anand粘塑性方程 (21)3.2.3材料参数的确定 (23)3.3ANSYS软件简介 (23)第四章PBGA封装体几何模型的建立和仿真分析 (24)4.1模型的简化 (24)4.2几何模型的建立 (25)4.2.1材料属性 (26)4.2.2选取的单元 (27)4.2.3模型网格划分 (28)4.3PBGA封装材料界面的热循环分析 (29)4.3.1芯片与粘结剂应力应变分析 (30)4.4封装体层面断裂分析 (31)第五章PBGA封装体的结构优化 (34)5.1PBGA封装体的结构优化 (34)5.1.1方案一 (34)5.1.2方案二 (36)5.1.3方案三 (39)5.2最优组合尺寸优化 (40)第六章全文总结与展望 (42)6.1全文总结 (42)6.2展望 (43)谢辞 (44)参考文献 (45)第一章绪论1.1现代微电子封装技术的基本概念在现代微电子器件制作过程中，有前道工序和后道工序之分，二者以硅圆片切分或芯片为界，在此之前为前道工序，之后为后道工序。
