[发明专利]一种确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法

权利要求书

1.一种确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、有限元仿真前处理，确定焊点封装模型下的边界条件及振动载荷，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模型，并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，并确定各材料的相关参数；

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、侧面位移耦合边界条件以及PCB板四角固支边界条件；

S14、确定振动载荷，所述振动载荷包括不规则振动剖面及通过对不规则振动剖面进行时频转化分解得到的第一阶段振动剖面、第二阶段振动剖面；

S2、对不同振动载荷下的三维模型进行有限元仿真，具体包括以下步骤：

S21、在所述有限元三维结构模型上对芯片施加相同的边界条件；

S22、在施加边界条件的情况下分别对芯片施加不规则振动剖面、第一阶段振动剖面和第二阶段振动剖面；

S3、基于有限元仿真，在组焊点中选取四个焊点，每个焊点各选取一个样本点，得到仿真结果，仿真结果包括所选组焊点的加速度应变分布云图、样本点的响应加速度频谱图以及样本点在一阶固有频率下的响应加速度功率谱密度；

S4、确定不规则振动剖面下的焊点疲劳损伤累积规则。

2.根据权利要求1所述的确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤：

S31、基于步骤S2的有限元仿真，确定所选组焊点的加速度应变分布云图，根据所述加速度应变分布云图确定焊点的最小加速度应变、最大加速度应变以及应变变化范围；

S32、确定进行仿真的所选产品模型的一阶固有频率，在组焊点中选取四个焊点，每个焊点各选取一个样本点，得到样本点的响应加速度频谱图；

S33、根据响应加速度频谱图及一阶固有频率，得到样本点在一阶固有频率下的响应加速度功率谱密度。

3.根据权利要求2所述的确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法，其特征在于：步骤S4具体包括以下步骤：

S41、确定单阶段振动条件下的Steinberg振动疲劳模型的内因参数及最终形式；

S42、基于步骤S3的仿真结果，利用Steinberg振动疲劳模型得到样本点的仿真失效寿命数据；

S43、将第一阶段振动剖面和第二阶段振动剖面下的仿真失效寿命数据分别代入多个理论模型，得到各理论的多阶段振动任务预测寿命；

S44、将各理论的多阶段振动任务预测寿命与仿真寿命进行比较，确定最终的焊点非线性损伤累积规则。

4.根据权利要求1所述的确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法，其特征在于：步骤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层五部分，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。

5.根据权利要求3所述的确定多阶段任务焊点振动损伤累积规则的有限元方法，其特征在于：步骤S41中焊点在一阶振动应力下Steinberg振动疲劳模型的表达式如下，焊点的振动疲劳寿命通过该表达式得到：

其中，VF表示振动疲劳寿命，以循环数为单位；f_n为研究对象的一阶固有频率；PSD_out为固有频率所对应的输出功率谱密度；B为平行于元器件的PCB边缘长度；L为电子元器件的长度；h为PCB层的高度或厚度；C为封装相关参数，与产品封装形式有关；x、y分别为元器件中心坐标所占PCB层长、宽的比例值；N₁为基准寿命，取2×10⁷，单位为循环数；b为疲劳强度指数；通过根据产品实际标准设计模型参数并求解该方程组，即可得到焊点的振动疲劳寿命。