[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

说明书

本发明提供了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，该方法包括以下步骤：S1、有限元仿真前处理；S2、对不同温度载荷下焊点进行有限元仿真，S3、有限元仿真后处理，S4、确定不规则温循剖面下的焊点非线性损伤累积表达式。本发明利用仿真方法确定的非线性损伤累积法则是基于焊点疲劳裂纹损伤模型，相比于传统基于统计法得出的法则更为贴合实际，同时考虑了不同温循剖面叠加顺序带来的影响，结果更加准确，误差可以控制在8％以内，大大减小了误差范围。

技术领域

本发明属于可靠性仿真研究领域，具体地提供了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，特别是涉及多阶段任务系统中的温循剖面下的损伤累积。

背景技术

目前的焊点可靠性研究大都是以焊点在标准规则的温度循环剖面下为前提的热疲劳问题，然而电子产品的实际工作是在一个很复杂系统下，通常需要完成由多个不同阶段组成的任务。多阶段任务系统含有多个、不重叠的、连续的阶段，系统在每一个阶段里需要完成的任务不同，所经受的应力和环境条件不同，因此电子设备的所经历的并不是标准的温循剖面，而是由多个阶段组成的不规则的温循剖面，而该环境下发生焊点热疲劳是电子产品失效的主要机理。研究不规则温循剖面下的焊点热疲劳损伤累积规律是准确预计电子产品故障寿命的重要途径。

工程上对不规则温循剖面下焊点热疲劳损伤的研究只是简单地将不规则温循剖面拆分成若干个标准温循剖面，利用Miner线性法则进行累积计算。而事实证明，应用Miner线性法则对不规则温循剖面下的焊点热疲劳损伤进行线性累积，结果会有较大偏差。针对多阶段任务系统中的不规则温循剖面，考虑一种新的非线性损伤累积法则，该法则含有未确定的参数，需要通过实验确定。然而，每组实验只能确定一种尺寸和材料焊点的参数值，为得到不同尺寸和材料的焊点损伤累积方程的参数值，需要做大量的实验，导致实验周期较长、费用较高。有限元仿真可模拟焊点在载荷作用下的热疲劳行为，不规则温循剖面下的有限元仿真可以用于模拟焊点在实际条件下的响应情况，为预测焊点的损伤位置和疲劳寿命提供参考。焊点的有限元仿真可以与实验方法形成验证，并能弥补实验方法的缺点，通过焊点热疲劳损伤累积有限元仿真分析，可以为进行焊点不规则温循剖面下损伤累加法则的参数拟合提供更多的数据，最终确定不规则温循剖面下损伤累积完整法则。

发明内容

本发明的目的在于针对不同尺寸和材料的焊点，为确定不规则温循剖面下的非线性损伤累积法则中的参数，提供一种有限元仿真方法，分析得出焊点尺寸和材料对未知参数的影响，将非线性损伤累积法则拓展并得出完整形式。应用该法则替代Miner线性累积法则进行损伤累积计算，使得可靠性预计更加准确，结果更接近产品的真实可靠性水平。

本发明是这样实现的：

本发明提供了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，该方法包括以下步骤：

S1、有限元仿真前处理，具体包括以下步骤：

S11、确定有限元三维结构模型的组成部分和封装形式，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、确定封装模型下的结构施加的边界条件，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、分解得出的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，具体包括以下步骤：

S21、选取任意一组焊点，建立芯片的有限元三维结构模型；

S22、在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；