[发明专利]确定不规则温循剖面下焊点损伤累积完整法则的有限元仿真方法

权利要求书

1.一种确定不规则温循剖面下焊点损伤累积完整法则的有限元仿真方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1、有限元仿真前处理步骤，具体包括：

S11、确定有限元三维结构模型的组成部分和封装模型，确定模型网格划分方式；

S12、选取不同尺寸和材料的多组焊点，并确定各材料参数；

S13、确定封装模型下的边界条件，所述边界条件包括对称边界条件、中间面位移耦合边界条件以及原点固支边界条件；

S14、确定温度载荷，所述温度载荷包括不规则温循剖面、第一标准温循剖面和第二标准温循剖面；

S2、对不同温度载荷下焊点进行有限元仿真步骤，具体包括：

S21、选取任意一组焊点，针对所选组焊点建立芯片的有限元三维结构模型；

S22、在所述有限元三维结构模型上对芯片施加不同的边界条件；

S23、在每种边界条件下分别对芯片施加不规则温循剖面、第一标准温循剖面和第二标准温循剖面；

S3、有限元仿真后处理步骤，具体包括：

S31、基于S2的有限元仿真，确定所选组焊点的塑性应变分布云图，根据所述塑性应变分布云图确定焊点的最小塑性应变、最大塑性应变以及应变变化范围；

S32、确定焊点层的力学应变与焊点热损伤的电阻应变的关系以及多组焊点的电阻率；

S33、确定进行仿真的所选组焊点的横截面积、焊点高度、焊点长度以及温度变化，计算得到所选组焊点电阻值，对所选组焊点电阻值进行串联相加，得到各条菊花链的电阻仿真值，并根据所选组焊点对应的实验测得的电阻值对仿真得出的电阻值进行校准，并得到校准后三维结构模型；

S34、利用校核后三维结构模型，对其余所有组的焊点进行仿真，并获取仿真数据；

S4、确定不规则温循剖面下的焊点非线性损伤累积表达式步骤，具体包括：

S41、确定不规则温循剖面下的焊点非线性损伤累积法则的形式；

S42、确定多组不同尺寸和材料的焊点对应的非线性损伤累积法则中的参数a和尺寸参数b值；

S43、确定不同焊点的材料和尺寸对参数a值及尺寸参数b值的影响以及尺寸参数b与材料常数的关系；以及

S44、确定最终的焊点非线性损伤累积法则。

2.根据权利要求1所述的确定不规则温循剖面下焊点损伤累积完整法则的有限元仿真方法，其特征在于：S11中芯片有限元三维结构模型采用BGA形式封装，有限元三维结构模型包括焊点、芯片、基板、塑封层以及PcB层，其中焊点为八面体单元，芯片、基板、塑封层以及PcB层为六面体单元。

3.根据权利要求1所述的确定不规则温循剖面下焊点损伤累积完整法则的有限元仿真方法，其特征在于：S32中焊点层的力学应变与焊点热损伤的电阻应变的关系的表达式如下所示：

ε_R＝(SR₀+kρΔT)(F_p+F_fp+F_ΔT),

其中：

ε_R为焊点的电阻应变，ρ为焊点的电阻率，R₀为未施加温循剖面时的原始电阻值，S为焊点的横截面积，h为焊点高度，L为焊点长度，N为循环数，ΔT为温大小，指数β取0.5，k为一个循环周期中处于最大应力的循环比，为0.3，γ_min为最小应变值，Δγ为塑性应变变化范围，C为材料常数，对于广泛采用的共晶焊料，C取0.16，通过求该表达式，即可得到焊点的电阻R的值，从而确定不同材料的焊点的电阻率。