[发明专利]焊点再流焊焊后冷却应力的测量系统及方法

说明书

本发明提供了一种焊点再流焊焊后冷却应力的测量系统及方法中，该温度控制模块通过温控仪设置温度曲线，将焊点模型测试样件通过红外加热板加热到焊点凝固温度，再通过J型热电偶测量焊点模型测试样件中焊点的实际温度来控制固态继电器接通和断开红外加热板，从而实现焊点温度变化与再流焊温度曲线变化相一致，在冷却至一设定温度后，利用动态应变仪记录焊点的应力变化以获取焊点的冷却应力，具有功能强，易操作，精度高等特点。可以实现模拟再流焊温度曲线，实现对冷却应力的测量，装置设计简单，极大的方便了验证软件仿真的正确性。

技术领域

本发明涉及电子元器件封装与测试技术领域，尤其是一种焊点再流焊焊后 冷却应力的测量系统及方法。

背景技术

BGA(Ball Grid Array)封装器件具有体积小、高密度、高性能和信号延迟少 等优点而被广泛用于各种电子产品中。焊点在BGA封装中起着电气连接、机械 支撑及散热等作用，是封装结构中最为薄弱的环节BGA器件在再流焊焊接过程 中，由于BGA器件封装体和印制电路板(PCB)热膨胀系数不匹配，在焊接过 程中引起形变进而产生的应力基本由焊点承担，因此相比具有柔性引脚的插接 器件，BGA焊点的可靠性明显低于插接器件。针对焊点在再流焊过程中应力变 化和再流焊工艺对焊点焊接质量的影响，国内外学者展开了相关研究，通过有 限元软件仿真对焊点再流焊冷却应力进行分析以及对结构参数进行优化以实现 减少焊点再流焊冷却应力，来达到提升焊点服役可靠性的目的。而对板级组件 BGA焊点再流焊冷却应力的仿真结果是否具有一定的正确性，还需要进行试验 验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焊点再流焊焊后冷却应力的测量系统及方法， 可以模拟再流焊温度曲线，实现焊点再流焊冷却应力的测量，装置设计简单， 极大的方便了验证软件仿真的正确性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种焊点再流焊焊后冷却应力的测量系 统，包括：

温度控制模块，包括温控仪、固态继电器、J型热电偶及红外加热板，所述 温控仪中设置有一温度曲线，所述红外加热板通过所述固态继电器与一焊点模 型测试样件连接，以根据所述温度曲线加热所述焊点模型测试样件的焊点至凝 固温度，所述J型热电偶用于测量焊点的实际温度以在加热时实时控制所述固态 继电器的开启和关断，以使焊点的实际温度的变化始终与所述温度曲线保持一 致；

冷却应力测量模块，包括空气箱、升降台及动态应变仪，所述空气箱用于 放置焊点模型测试样件，所述焊点模型测试样件粘贴有一直角应变花，利用所 述升降台控制所述空气箱内所述焊点模型测试样件的高度，并利用环氧树脂对 所述焊点模型测试样件灌封，所述动态应变仪实现对所述焊点模型测试样件的 焊点再流焊焊后冷却应力的测量。

可选的，所述直角应变花为45°-3直角应变花。

可选的，所述空气箱为JEDEC JESD 51-2空气箱。

本发明还提供了一种利用所述的焊点再流焊焊后冷却应力的测量系统的测 量方法，包括：

基于ANSYS建立再流焊后焊点的仿真分析模型并进行温度场分析，以得到 焊点的温度场分布；

将焊点的温度场分布作为结构分析的载荷以进行结构分析，并得到焊点的 冷却应力值；

制作焊点模型测试样件，并在所述焊点模型测试样件的焊点上贴上直角应 变花，通过信号线将所述直角应变花与动态应变仪连接；

红外加热板对所述焊点模型测试样件进行加热，同时J型热电偶实时测量焊 点的实际温度以控制固态继电器的开启和关断，以使所述焊点模型测试样件根 据温控仪中的温度曲线加热至凝固温度；

利用温控仪使所述焊点模型测试样件的焊点冷却至一设定温度，并利用动 态应变仪记录焊点的应力变化以获取焊点的冷却应力。

可选的，将获取的焊点的冷却应力与仿真冷却应力进行对比。