一種熱振聯(lián)合載荷下bga焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其步驟如下：1.采用有限元分析軟件建立單個(gè)BGA焊點(diǎn)的有限元模型；2.按照工作環(huán)境條件對(duì)BGA焊點(diǎn)進(jìn)行熱循環(huán)仿真；3.根據(jù)熱循環(huán)仿真結(jié)果計(jì)算熱循環(huán)載荷下BGA焊點(diǎn)的損傷率；4.在不同的溫度條件下對(duì)BGA焊點(diǎn)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真；5.計(jì)算熱循環(huán)載荷影響下由于隨機(jī)振動(dòng)載荷導(dǎo)致的BGA焊點(diǎn)損傷率；6.計(jì)算BGA焊點(diǎn)在熱循環(huán)載荷與隨機(jī)振動(dòng)載荷下共同作用下總損傷率；7.計(jì)算得到BGA焊點(diǎn)在熱振聯(lián)合載荷下的預(yù)測(cè)壽命。本發(fā)明能夠提高實(shí)際生產(chǎn)中熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種熱振聯(lián)合載荷下球柵陣列式(Ball Grid Array簡(jiǎn)稱(chēng)BGA)焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，通過(guò)計(jì)算BGA焊點(diǎn)在熱振聯(lián)合載荷下的損傷率，從而得出熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命，屬于系統(tǒng)工程系統(tǒng)可靠性【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】:
[0002]第四代封裝技術(shù)一表面貼裝技術(shù)(Surface Mount Technology簡(jiǎn)稱(chēng)SMT)是20世紀(jì)90年代的世界十大新技術(shù)之一，并很快廣泛的應(yīng)用于集成電路，具有成本低廉、集成度高、重量輕、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但是也存在一些缺點(diǎn):焊點(diǎn)的壽命較短。這是因?yàn)镾MT封裝的電子元器件工作過(guò)程中會(huì)經(jīng)常受到工作環(huán)境應(yīng)力載荷，使得焊點(diǎn)受到反復(fù)的應(yīng)力應(yīng)變作用，應(yīng)力應(yīng)變作用累積，最后導(dǎo)致焊點(diǎn)的疲勞。研究表明焊點(diǎn)的失效是封裝失效的主要原因，所以通常所說(shuō)的電子封裝的可靠性研究，大多是針對(duì)焊點(diǎn)來(lái)討論的。
[0003]焊點(diǎn)最常見(jiàn)的破壞大多由于熱循環(huán)導(dǎo)致。此外，由于微電子元器件在封裝、運(yùn)輸、存儲(chǔ)及使用過(guò)程中，不可避免的會(huì)受到各種形式的機(jī)械振動(dòng)沖擊負(fù)載，使印制電路板或基板發(fā)生較大的動(dòng)態(tài)彎曲變形，在焊點(diǎn)中引起交變應(yīng)力。尤其是當(dāng)焊點(diǎn)內(nèi)存在動(dòng)態(tài)應(yīng)力和熱應(yīng)力相互作用時(shí)，會(huì)加速焊點(diǎn)中的裂紋擴(kuò)展進(jìn)程，迅速導(dǎo)致焊點(diǎn)提前失效。工作在航空、航天和軍用環(huán)境中的電子產(chǎn)品，經(jīng)常受到振動(dòng)載荷與熱循環(huán)載荷的同時(shí)作用，但是，估算工作在熱和振動(dòng)聯(lián)合載荷環(huán)境下的電子產(chǎn)品的壽命仍有相當(dāng)大的難度。在實(shí)際的工作和科研中，工程人員們基本采用的是傳統(tǒng)的線性損傷累積的方法，不考慮熱循環(huán)載荷對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生的影響，分別計(jì)算熱和振動(dòng)的損傷并進(jìn)行累加，這種方法雖然簡(jiǎn)單易行，但與實(shí)際情況不符。
[0004]鑒于此，本發(fā)明提出了一種熱振聯(lián)合載荷下的BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，該方法放棄了傳統(tǒng)的線性損傷累積的方法，而采用一種漸進(jìn)性損傷累積方法，計(jì)算出熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)聯(lián)合作用下BGA焊點(diǎn)的損傷率，進(jìn)而得出BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命，能夠使實(shí)際生產(chǎn)中熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命的預(yù)測(cè)更加精確。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]1、目的:本發(fā)明的目的是提供一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，它是針對(duì)BGA焊點(diǎn)在熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)聯(lián)合作用的情況下，通過(guò)計(jì)算BGA焊點(diǎn)的損傷率，從而得出BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命。本發(fā)明旨在提高實(shí)際生產(chǎn)中熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)的疲勞壽命的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，從而指導(dǎo)生產(chǎn)和設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的可靠性。
[0006]2、技術(shù)方案:本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]首先引入幾個(gè)定義。
[0008]定義1:載荷:單位長(zhǎng)度或面積的物體所受的承載力。
[0009]定義2:熱振聯(lián)合載荷:熱循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的載荷。
[0010]定義3:疲勞損傷:疲勞損傷定義為在交變載荷作用下受損物體的價(jià)值或用途減小了。其物理解釋通常將損傷概念與失去完整性相聯(lián)系，如微觀裂紋的形成、物理性能的下降(強(qiáng)度、韌性退化等)等。
[0011]定義4:損傷率:損傷率為某一載荷作用下的單位時(shí)間與總的失效時(shí)間的比值，本發(fā)明中具體計(jì)算公式如下式
【權(quán)利要求】
1.一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:該方法的具體步驟如下: 步驟一:在有限元分析軟件中輸入所要研究的BGA焊點(diǎn)的初始條件參數(shù)，建立出BGA焊點(diǎn)的有限元模型； 步驟二:按照BGA焊點(diǎn)實(shí)際工作時(shí)的環(huán)境條件，在有限元分析軟件中通過(guò)設(shè)置熱循環(huán)的溫度范圍和每一個(gè)熱循環(huán)周期的時(shí)間，包括高低溫的保溫時(shí)間和升溫降溫時(shí)間來(lái)對(duì)BGA焊點(diǎn)的有限元模型進(jìn)行熱循環(huán)仿真； 步驟三:熱循環(huán)仿真完成后，提取BGA焊點(diǎn)的有限元模型的塑性應(yīng)變量，將其代入Coffin -Mason模型中，如公式(2)所示，得到BGA焊點(diǎn)在熱循環(huán)下的疲勞壽命，再利用公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟一中所述的“初始條件參數(shù)”，其包括焊球附加重力載荷、焊球表面張力、焊球密度、頂焊盤(pán)直徑和等效焊球直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟四中所述的“關(guān)鍵的溫度”，是指熱循環(huán)溫度范圍中的能夠保持一段時(shí)間的溫度；受溫度影響的參數(shù)包括BGA焊點(diǎn)材料的楊氏模量、熱膨脹系數(shù)和泊松比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟五中所述的“確定的溫度”，是指步驟四中選擇的幾個(gè)關(guān)鍵溫度之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱振聯(lián)合載荷下BGA焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于:步驟五中所述的“疲勞損傷系數(shù)”，包括彈性模量E、應(yīng)力強(qiáng)度系數(shù)Of、疲勞塑性系數(shù)ef和塑性應(yīng)力σ。。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103778292SQ201410031170
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】胡薇薇, 孟祥坤, 孫宇鋒, 趙廣燕, 牟浩文 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)