微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，根據(jù)微組裝組件的結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型，根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型得到不同焊縫寬度與第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度，對(duì)微組裝組件的縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)確定的焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。通過建立振動(dòng)特性仿真有限元模型進(jìn)行振動(dòng)模擬仿真確定焊縫臨界寬度，并以焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則確定縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)，與傳統(tǒng)的微組裝組件設(shè)計(jì)方法相比，提高了微組裝組件的抗振可靠性。
【專利說明】微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件可靠性設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對(duì)電子產(chǎn)品的集成度要求越來越高。微組裝組件是指將電子元器件用金屬等材料進(jìn)行封裝而成的高密度集成的功能器件，可保護(hù)其中的電子元器件避免大氣水汽腐蝕?，F(xiàn)在的微組裝組件主要采用平行縫焊工藝進(jìn)行封裝焊接。
[0003]為保證微組裝組件的抗振可靠性，產(chǎn)品應(yīng)該在研發(fā)階段對(duì)平行縫焊金屬封裝外殼的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免微組裝組件金屬封裝外殼在20?2000Hz頻率范圍內(nèi)存在諧振風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的微組裝組件平行縫焊優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是針對(duì)組件產(chǎn)品的氣密性和縫焊工藝適用性開展，通過工藝試驗(yàn)優(yōu)化縫焊電極角度、焊縫寬度以滿足微組裝組件氣密性的要求，但不能消除振動(dòng)環(huán)境下金屬封裝外殼可能諧振導(dǎo)致開裂的風(fēng)險(xiǎn)，存在抗振可靠性低的缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種可提高抗振可靠性的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)。
[0005]一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟:
[0006]根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型；
[0007]根據(jù)所述振動(dòng)特性仿真有限元模型提取不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線；
[0008]根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度；
[0009]根據(jù)所述焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度；
[0010]根據(jù)所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊工藝處理。
[0011]一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括:
[0012]構(gòu)建模塊，用于根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型；
[0013]提取模塊，用于根據(jù)所述振動(dòng)特性仿真有限元模型提取不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線；
[0014]獲取模塊，用于根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度；
[0015]處理模塊，用于根據(jù)所述焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度；
[0016]縫焊模塊，用于根據(jù)所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊工藝處理。
[0017]上述微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型，根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型得到不同焊縫寬度與第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，進(jìn)而獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度，對(duì)微組裝組件的平行縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)確定的焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。通過建立振動(dòng)特性仿真有限元模型進(jìn)行振動(dòng)模擬仿真確定焊縫臨界寬度，并以焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則確定焊縫關(guān)鍵工藝參數(shù)，與傳統(tǒng)的微組裝組件封裝工藝設(shè)計(jì)方法相比，提高了微組裝組件的抗振可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為一實(shí)施例中微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法的流程圖；
[0019]圖2為一實(shí)施例中平行焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線示意圖；
[0020]圖3為一實(shí)施例中微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0022]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0023]一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0024]步驟SllO:根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型。
[0025]微組裝組件具體可以是HIC (hybrid integrated circuit,混合集成電路)、微波混合集成電路、微波組件或SiP (System In a Package,系統(tǒng)級(jí)封裝)組件等,封裝材料可以是金屬、塑料或陶瓷等。
[0026]在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟SllO包括步驟11至步驟13。
[0027]步驟11:根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的實(shí)體模型。
[0028]步驟12:根據(jù)實(shí)體模型建立初始仿真有限元模型，并提取初始仿真有限元模型的仿真模態(tài)參數(shù)。仿真模態(tài)參數(shù)用于模型驗(yàn)證和修正。
[0029]本實(shí)施例中仿真模態(tài)參數(shù)具體可包括微組裝組件的前八階模態(tài)振型和前八階固有頻率。
[0030]微組裝組件的固有頻率滿足特征方程
[0031]I [K]-ω2[Μ] I = O,
[0032]其中，[K]為微組裝組件的總剛度矩陣，[M]為微組裝組件的總質(zhì)量矩陣，ω2為微組裝組件的諧振頻率。
[0033]可以理解，驗(yàn)證特性參數(shù)的具體數(shù)據(jù)并不是唯一的，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
[0034]步驟13:提取微組裝組件的模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)，與仿真模態(tài)參數(shù)對(duì)比，并根據(jù)模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)初始仿真有限元模型進(jìn)行修正，直至仿真模態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)匹配，得到振動(dòng)特性仿真有限元模型。
[0035]對(duì)應(yīng)地，模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)也包括微組裝組件的前八階模態(tài)振型和前八階固有頻率。
[0036]具體可在微組裝組件的外引腳剛性約束條件下進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，可采用等間距移動(dòng)力錘法，對(duì)安裝在彈性約束振動(dòng)試驗(yàn)夾具上的微組裝組件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)。將加速度傳感器布置在微組裝組件的振動(dòng)疲勞損傷敏感區(qū)域的預(yù)設(shè)參考點(diǎn)上，當(dāng)移動(dòng)力錘敲擊微組裝組件的錘擊點(diǎn)時(shí)，采集參考點(diǎn)的力信號(hào)和加速信號(hào)，進(jìn)而獲得對(duì)應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。
[0037]根據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)分析并提取微組裝組件的前八階模態(tài)振型和前八階固有頻率。將試驗(yàn)獲得的頻率響應(yīng)函數(shù)導(dǎo)入到模態(tài)分析軟件中，進(jìn)行模態(tài)識(shí)別，剔除虛假模態(tài)后，獲得微組裝組件的前八階固有頻率和振型。根據(jù)八階振型的模態(tài)置信因子MAC值和固有頻率值，當(dāng)前八階振型彼此正交，利用前八階振型擬合頻響函數(shù)。
[0038]判斷仿真模態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)是否一致，若否，則對(duì)初始仿真有限元模型進(jìn)行修正，并重新獲取仿真模態(tài)參數(shù)再次進(jìn)行判斷；若是，則得到振動(dòng)特性仿真有限元模型。對(duì)模型進(jìn)行固有頻率的修正具體可包括:有限元網(wǎng)格類型及疏密修正、邊界自由度約束條件修正、界面接觸方式修正、材料力學(xué)參數(shù)修正。采用逐一模態(tài)振型對(duì)比法對(duì)模型的模態(tài)振型進(jìn)行修正，修正過程中同時(shí)兼顧對(duì)應(yīng)的固有頻率結(jié)果，以保證模態(tài)振型和固有頻率都與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。通過對(duì)比仿真模態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行修正，提高了模型的準(zhǔn)確度。
[0039]步驟S120:根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型提取不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。
[0040]焊縫寬度值的選取可根據(jù)微組裝組件的外殼尺寸或縫焊工藝技術(shù)控制范圍來確定。縫焊工藝具體為平行縫焊工藝。本實(shí)施例中焊縫寬度選取范圍為微組裝組件外殼腔壁厚度的5%?100%，或者焊縫寬度值為200微米?1000微米?？蓮纳鲜鰞煞N范圍內(nèi)選取具體的寬度值，取值數(shù)量并不唯一。
[0041]根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型對(duì)微組裝組件進(jìn)行振動(dòng)特性仿真，獲取微組裝組件在不同焊縫寬度時(shí)對(duì)應(yīng)的第一階的固有頻率f\。得到焊縫寬度Wi與相應(yīng)第一階固有頻率fi的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。
[0042]步驟S130:根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。
[0043]預(yù)設(shè)的臨界頻率&具體可根據(jù)微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)考核的頻率范圍確定。本實(shí)施例中臨界頻率為根據(jù)對(duì)所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍得到，具體包括步驟31至步驟32。
[0044]步驟31:提取微組裝組件隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試的頻率范圍。
[0045]按GJB548B標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)試驗(yàn)考核要求，微組裝組件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻率范圍為20HZ?2000Hz，可對(duì)頻率范圍進(jìn)行預(yù)先存儲(chǔ)?？梢岳斫?，頻率范圍的標(biāo)準(zhǔn)并不唯一。
[0046]步驟32:將頻率范圍的上限值與預(yù)設(shè)頻率余量值之和作為臨界頻率
[0047]預(yù)設(shè)頻率余量值具體取值同樣也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)抗振余量值為取頻率范圍的上限值的10%。例如，當(dāng)微組裝組件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻率范圍為20HZ?2000Hz時(shí)，頻率范圍的上限值為2000Hz，將20HZ?2000Hz的上限值2000Hz與預(yù)設(shè)抗振余量值200Hz相加便得到臨界頻率，即2200Hz。
[0048]在其中一個(gè)實(shí)施例中，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度為，提取微組裝組件的相應(yīng)第一階固有頻率等于臨界頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，作為焊縫臨界寬度。
[0049]根據(jù)步驟S120中得到的焊縫寬度Wi與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取微組裝組件的相應(yīng)第一階固有頻率達(dá)到2200Hz時(shí)對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，得到焊縫臨界覽度W。。
[0050]步驟S140:根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度。
[0051]焊接電極角度Θ與焊縫寬度w成反比，而焊接電極角度越小，微組裝組件蓋板與外殼的接觸面積越大，要達(dá)到足夠的焊接強(qiáng)度則需要更高的焊接功率，因此焊接電極角度Θ與焊接功率P也成反比關(guān)系?？深A(yù)先通過試驗(yàn)分別測(cè)試焊接電極角度與焊縫寬度、焊接功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算焊縫臨界寬度對(duì)應(yīng)的焊接電極角度，得到焊接電極臨界角度Qtl，然后根據(jù)焊接電極臨界角度θ ^計(jì)算得到焊接臨界功率匕。
[0052]步驟S150:根據(jù)焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊工藝處理。
[0053]根據(jù)步驟S140中確定的縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。具體地，以焊縫寬度大于或等于焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則，進(jìn)行縫焊設(shè)計(jì)時(shí)焊接電極角度不能大于焊接電極角度臨界值，焊接功率不能小于焊接功率臨界值。
[0054]在其中一個(gè)實(shí)施例中，步驟S140可包括步驟41和步驟42。
[0055]步驟41:提取預(yù)設(shè)的縫焊臨界溫度值。
[0056]縫焊臨界溫度值可根據(jù)封裝焊接溫度控制要求選擇。焊接功率越高，產(chǎn)生的熱量越多，設(shè)置縫焊臨界溫度值對(duì)縫焊溫度進(jìn)行控制。
[0057]步驟42:根據(jù)縫焊臨界寬度和縫焊臨界溫度值得到焊接功率臨界值和焊接電極角度臨界值。
[0058]本實(shí)施例中焊接功率臨界值包括上限值和下限值。根據(jù)縫焊臨界寬度得到焊接電極角度臨界值，以及焊接功率的下限值，然后根據(jù)縫焊臨界溫度值確定焊接功率的上限值，具體可預(yù)先測(cè)試焊接功率與縫焊溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而計(jì)算縫焊臨界溫度值對(duì)應(yīng)的功率，得到焊接功率的上限值。
[0059]對(duì)應(yīng)地，步驟S150中進(jìn)行縫焊處理時(shí)，則要求焊接電極角度不能大于焊接電極角度臨界值，焊接功率在下限值與上限值之間。通過設(shè)置縫焊臨界溫度值對(duì)焊接功率進(jìn)行進(jìn)一步限定，避免焊接時(shí)溫度過高導(dǎo)致微組裝組件內(nèi)部元件損壞。
[0060]以對(duì)金屬封裝的電子組件進(jìn)行平行縫焊為例，從單自由度體系的固有頻率f與其結(jié)構(gòu)剛度k和質(zhì)量m的關(guān)系式
[0061]/=—J—
2π V m
[0062]可知，結(jié)構(gòu)剛度k與固有頻率f成正比、與重量m成反比。因此，影響平行縫焊金屬外殼結(jié)構(gòu)剛度k或固有頻率f的關(guān)鍵參數(shù)是金屬蓋板與腔體間的焊接厚度和寬度，由于平行縫焊是一種無焊料的電阻焊工藝，焊接厚度可以忽略，因此影響平行縫焊金屬外殼固有頻率f的關(guān)鍵參數(shù)是焊接寬度。
[0063]上述微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型，根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型得到不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度，對(duì)微組裝組件的平行縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)確定的焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。通過建立振動(dòng)特性仿真有限元模型進(jìn)行振動(dòng)模擬仿真確定焊縫臨界寬度，并以焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則確定縫焊的關(guān)鍵工藝參數(shù)，與傳統(tǒng)的微組裝組件設(shè)計(jì)方法相比，提高了微組裝組件的抗振可靠性。
[0064]為了更好地理解上述微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法的技術(shù)方案及帶來的有益效果，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的解釋說明。
[0065]以混合集成電路(微組裝組件的一種)的金屬氣密封裝平行縫焊抗振可靠性設(shè)計(jì)為例，確定該混合集成電路氣密封裝抗振可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)“GJB548B-2005微電子器件試驗(yàn)方法和程序”，其隨機(jī)振動(dòng)考核頻率范圍20?2000Hz，確定混合集成電路抗振可靠性的臨界頻率fo = 2200Hz。
[0066]步驟1:建立該混合集成電路的振動(dòng)特性仿真有限元模型。采用平行縫焊工藝摸底樣品，焊縫寬度取w = 200 μ m，用模態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了前八階模態(tài)振型和固有頻率，模型修正后固化。
[0067]步驟2:建立混合集成電路的平行不同焊縫寬度Wi與第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)系。得到的平行焊縫寬度Wi與相應(yīng)第一階固有頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖2所示，其中橫坐標(biāo)表示相應(yīng)第一階固有頻率f1;單位為Hz，縱坐標(biāo)表示平行縫焊的焊縫寬度Wi，單位為微米。
[0068]步驟3:根據(jù)上述獲得的平行縫焊的焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，提取混合集成電路的第一階固有頻率達(dá)到2200Hz對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，即該產(chǎn)品焊縫臨界寬度％ = 310 μ m，作為混合集成電路滿足抗振可靠性設(shè)計(jì)要求的最低焊縫寬度要求。
[0069]步驟4:優(yōu)化設(shè)計(jì)該型混合集成電路平行縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)。根據(jù)獲得的焊縫臨界寬度值^ = 310 μ m,以及封裝焊接溫度控制要求優(yōu)化設(shè)計(jì)影響焊縫寬度w的關(guān)鍵工藝參數(shù):焊接功率P和焊接電極角度Θ。
[0070]步驟5:根據(jù)得到的關(guān)鍵工藝參數(shù)的取值范圍對(duì)混合集成電路進(jìn)行平行縫焊處理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品滿足抗振可靠性設(shè)計(jì)要求。
[0071]通過本發(fā)明提供的電子組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，準(zhǔn)確定出產(chǎn)品的抗振可靠性設(shè)計(jì)臨界頻率，并通過有限元仿真模擬手段方便地提取了產(chǎn)品平行縫焊的焊縫臨界寬度Wtl,進(jìn)而將臨界寬度W0作為焊縫抗振設(shè)計(jì)依據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)平行縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)。通過設(shè)計(jì)階段對(duì)電子組件封裝縫焊工藝的設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電子組件在高端產(chǎn)品和高可靠整機(jī)中的可靠應(yīng)用。
[0072]本發(fā)明還提供了一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如圖3所示，包括構(gòu)建模塊110、提取模塊120、獲取模塊130、處理模塊140和縫焊模塊150。
[0073]構(gòu)建模塊110用于根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型。
[0074]微組裝組件具體可以是HIC、微波混合集成電路、微波組件或SiP組件等，封裝材料可以是金屬、塑料或陶瓷等。
[0075]在其中一個(gè)實(shí)施例中，構(gòu)建模塊110包括第一組建單元、第二組建單元和修正單J Li ο
[0076]第一組建單元用于根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的實(shí)體模型。
[0077]第二組建單元用于根據(jù)實(shí)體模型建立初始仿真有限元模型，并提取初始仿真有限元模型的仿真模態(tài)參數(shù)。仿真模態(tài)參數(shù)用于模型驗(yàn)證和修正。
[0078]本實(shí)施例中仿真模態(tài)參數(shù)具體可包括微組裝組件的前八階模態(tài)振型和前八階固有頻率。
[0079]微組裝組件的固有頻率滿足特征方程
[0080]I [K] - ω2 [Μ] I = O,
[0081]其中，[K]為微組裝組件的總剛度矩陣，[M]為微組裝組件的總質(zhì)量矩陣，ω2為微組裝組件的諧振頻率。
[0082]可以理解，驗(yàn)證特性參數(shù)的具體數(shù)據(jù)并不是唯一的，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
[0083]修正單元用于提取微組裝組件的模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)，與仿真模態(tài)參數(shù)對(duì)比，并根據(jù)模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)初始仿真有限元模型進(jìn)行修正，直至仿真模態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)匹配，得到振動(dòng)特性仿真有限元模型。
[0084]對(duì)應(yīng)地，模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)包括微組裝組件的前八階模態(tài)振型和前八階固有頻率。模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)的獲取方式在步驟SllO中已進(jìn)行詳細(xì)解釋說明，在此不做贅述。通過對(duì)比仿真模態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行修正，提高了模型的準(zhǔn)確度。
[0085]提取模塊120用于根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型提取焊縫寬度值與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0086]焊縫寬度值的選取可根據(jù)微組裝組件的外殼尺寸或縫焊工藝技術(shù)控制范圍來確定。以平行縫焊為例，本實(shí)施例中焊縫寬度值為微組裝組件的外殼腔體厚度的5%?100%，或者焊縫寬度值為200微米?1000微米。
[0087]獲取模塊130用于根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。
[0088]預(yù)設(shè)的臨界頻率&具體可根據(jù)微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)考核的頻率范圍確定。本實(shí)施例中臨界頻率為根據(jù)對(duì)所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍得到，微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)還可包括頻率提取模塊和頻率處理模塊。
[0089]頻率提取模塊用于提取微組裝組件振動(dòng)測(cè)試的頻率范圍。
[0090]按GJB548B標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)試驗(yàn)考核要求，微組裝組件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻率范圍為20ΗΖ?2000Hz，可對(duì)頻率范圍進(jìn)行預(yù)先存儲(chǔ)?？梢岳斫猓l率范圍的標(biāo)準(zhǔn)并不唯一。
[0091]頻率處理模塊用于將頻率范圍的上限值與預(yù)設(shè)抗振余量值之和作為臨界頻率。
[0092]預(yù)設(shè)頻率余量值具體取值同樣也可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例中預(yù)設(shè)頻率余量值為取頻率范圍的上限值的10%。當(dāng)微組裝組件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)頻率范圍為20HZ?2000Hz時(shí)，頻率范圍的上限值為2000Hz，將20HZ?2000Hz的上限值2000Hz與預(yù)設(shè)抗振余量值200Hz相加便得到臨界頻率，即2200Hz。
[0093]進(jìn)一步地，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度可以是提取微組裝組件的第一階固有頻率等于臨界頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，作為焊縫臨界寬度。
[0094]獲取微組裝組件的相應(yīng)第一階固有頻率中等于2200Hz的頻率，根據(jù)焊縫寬度與固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取微組裝組件的第一階固有頻率達(dá)到2200Hz時(shí)對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，得到焊縫臨界寬度。
[0095]處理模塊140用于根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度。
[0096]焊接電極角度與焊縫寬度成反比，而焊接電極角度越小，與微組裝組件的蓋板接觸面積越大，要達(dá)到足夠的焊接強(qiáng)度則需要更高的焊接功率，因此焊接電極角度與焊接功率也成反比關(guān)系?？深A(yù)先通過試驗(yàn)分別測(cè)試焊接電極角度與焊縫寬度、焊接功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算焊縫臨界寬度對(duì)應(yīng)的焊接電極角度，得到焊接電極角度臨界值，然后根據(jù)焊接電極角度臨界值計(jì)算得到焊接功率臨界值。
[0097]縫焊模塊150用于根據(jù)焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。
[0098]根據(jù)確定的縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。具體地，以焊縫寬度大于或等于焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則，進(jìn)行縫焊設(shè)計(jì)時(shí)焊接電極角度不能大于焊接電極角度臨界值，焊接功率不能小于焊接功率臨界值。
[0099]在其中一個(gè)實(shí)施例中，處理模塊140包括溫度提取單元和處理單元。
[0100]溫度提取單元用于提取預(yù)設(shè)的縫焊臨界溫度值。
[0101]縫焊臨界溫度值可根據(jù)封裝焊接溫度控制要求選擇。焊接功率越高，產(chǎn)生的熱量越多，設(shè)置縫焊臨界溫度值對(duì)縫焊溫度進(jìn)行控制。
[0102]處理單元用于根據(jù)縫焊臨界寬度和縫焊臨界溫度值得到焊接功率臨界值和焊接電極角度臨界值。
[0103]本實(shí)施例中焊接功率臨界值包括上限值和下限值。根據(jù)縫焊臨界寬度得到焊接電極角度臨界值，以及焊接功率的下限值，然后根據(jù)縫焊臨界溫度值確定焊接功率的上限值，具體可預(yù)先測(cè)試焊接功率與縫焊溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而計(jì)算縫焊臨界溫度值對(duì)應(yīng)的功率，得到焊接功率的上限值。
[0104]對(duì)應(yīng)地，縫焊模塊150進(jìn)行縫焊處理時(shí)，則要求焊接電極角度不能大于焊接電極角度臨界值，焊接功率在下限值與上限值之間。通過設(shè)置縫焊臨界溫度值對(duì)焊接功率進(jìn)行進(jìn)一步限定，避免焊接時(shí)溫度過高導(dǎo)致微組裝組件內(nèi)部元件損壞。
[0105]上述微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，構(gòu)建模塊110根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型，提取模塊120根據(jù)振動(dòng)特性仿真有限元模型得到不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取模塊130根據(jù)焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度。處理模塊140根據(jù)焊縫臨界寬度計(jì)算得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度，對(duì)微組裝組件的縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。縫焊模塊150根據(jù)確定的焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊處理。通過建立振動(dòng)特性仿真有限元模型進(jìn)行振動(dòng)模擬仿真確定焊縫臨界寬度，并以焊縫臨界寬度為準(zhǔn)則確定縫焊關(guān)鍵工藝參數(shù)，與傳統(tǒng)的微組裝組件設(shè)計(jì)方法相比，提高了微組裝組件的抗振可靠性。
[0106]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟: 根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型； 根據(jù)所述振動(dòng)特性仿真有限元模型提取不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線； 根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度； 根據(jù)所述焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度； 根據(jù)所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊工藝處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型的步驟，包括: 根據(jù)所述微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的實(shí)體模型； 根據(jù)所述實(shí)體模型建立初始仿真有限元模型，并提取所述初始仿真有限元模型的仿真模態(tài)參數(shù)； 提取所述微組裝組件的模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)，與所述仿真模態(tài)參數(shù)對(duì)比，并根據(jù)所述模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)所述初始仿真有限元模型進(jìn)行修正，直至仿真模態(tài)參數(shù)與所述模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)匹配，得到所述振動(dòng)特性仿真有限元模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述臨界頻率為根據(jù)對(duì)所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍得到，具體包括以下步驟: 提取所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍； 將所述頻率范圍的上限值與預(yù)設(shè)頻率余量值之和作為所述臨界頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度為，提取所述微組裝組件的相應(yīng)第一階固有頻率等于所述臨界頻率時(shí)對(duì)應(yīng)的焊縫寬度，作為所述焊縫臨界寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度的步驟，包括: 提取預(yù)設(shè)的縫焊臨界溫度值； 根據(jù)所述焊縫臨界寬度和縫焊臨界溫度值得到所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度。
6.一種微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 構(gòu)建模塊，用于根據(jù)微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立振動(dòng)特性仿真有限元模型； 提取模塊，用于根據(jù)所述振動(dòng)特性仿真有限元模型提取不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線； 獲取模塊，用于根據(jù)不同焊縫寬度與相應(yīng)第一階固有頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，獲取預(yù)設(shè)的臨界頻率對(duì)應(yīng)的焊縫臨界寬度； 處理模塊，用于根據(jù)所述焊縫臨界寬度計(jì)算分析得到焊接臨界功率和焊接電極臨界角度； 縫焊模塊，用于根據(jù)所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度對(duì)微組裝組件進(jìn)行縫焊工藝處理。
7.根據(jù)權(quán)利要去6所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)建模塊包括: 第一組建單元，用于根據(jù)所述微組裝組件的封裝結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的實(shí)體模型； 第二組建單元，用于根據(jù)所述實(shí)體模型建立初始仿真有限元模型，并提取所述初始仿真有限元模型的仿真模態(tài)參數(shù)； 修正單元，用于提取所述微組裝組件的模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)，與所述仿真模態(tài)參數(shù)對(duì)比，并根據(jù)所述模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)對(duì)所述初始仿真有限元模型進(jìn)行修正，直至仿真模態(tài)參數(shù)與所述模態(tài)試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)匹配，得到所述振動(dòng)特性仿真有限元模型。
8.根據(jù)權(quán)利要去6所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述臨界頻率為根據(jù)對(duì)所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍得到；所述系統(tǒng)還包括: 頻率提取模塊，用于提取所述微組裝組件振動(dòng)試驗(yàn)的頻率范圍； 頻率處理模塊，用于將所述頻率范圍的上限值與預(yù)設(shè)頻率余量值之和作為所述臨界頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要去6所述的微組裝組件抗振可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊包括: 溫度提取單元，用于提取預(yù)設(shè)的縫焊臨界溫度值； 處理單元，用于根據(jù)所述焊縫臨界寬度和縫焊臨界溫度值得到所述焊接臨界功率和焊接電極臨界角度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104239645SQ201410491412
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】何小琦, 李勛平, 恩云飛, 周斌, 王軍德 申請(qǐng)人:工業(yè)和信息化部電子第五研究所