[发明专利]基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法

权利要求书

1.基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于，该方法包括：初始化模块(1)、外围散热模块(2)、生长模块(3)、扩散模块(4)、转变模块(5)。

2.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：所述的初始化模块(1)用于初始化元胞自动机的各个元胞的初始固液相浓度、固相份数、初始温度和状态的赋值，同时画出对应的圆形计算区域。

3.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：所述的外围散热模块(2)用于每个时间步长内的小球与外围空气传热导致的散热计算。

4.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：所述的生长模块(3)用于每个时间步长内枝晶生长的计算。

5.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：所述的扩散模块(4)用于每个时间步长内的溶质场和温度场的扩散。

6.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：所述的转变模块(5)用于每个时间步长结束后对符合要求的液相胞转变为界面胞，同时将固相份数为1的界面胞转变为固相胞。

7.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的BGA锡铅焊球快速凝固过程模拟方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)从实验及枝晶生长相关文献获取计算所需的热力学参数、溶质扩散参数和形核参数，其中热力学参数包括热过冷度、液相线斜率，溶质扩散参数包括溶质平衡分配系数、热扩散系数、液相溶质扩散系数，形核参数包括平均界面动力学系数、吉布斯-汤姆森系数、动力学各向异性强度；

(2)使用二维计算区域，划分出375×375个大小相同的格子，每个正方形网格代表一个元胞单位，以左上角为原点建立坐标，以此找到每一个元胞；

(3)设置球形界面，以二维空间中心点为原点，整个二维空间长度为直径，圆周扫过范围设置为状态3，圆外设置为状态4，其余液相胞L、界面胞M和固相胞S，分别对应三个状态参数值0、1和2。同时为每个单位元胞的初始温度、固相率、液相溶质浓度和固相溶质浓度赋予初始值；

(4)对液相胞进行捕获，捕获方为基于如图3冯诺依曼捕获模型，对每一个固相元胞周围上下左右四个单位液相元胞进行判定，若符合捕获规则，则将液相元胞设置为界面胞，每个固相胞的四邻胞捕获过程同时、单独进行，互不影响；

(5)建立枝晶生长模型，通过界面响应方程以及元胞当前时刻的温度、溶质等已知变量求出当前时刻下每一个界面胞的界面速度V_n；

(6)通过对最界面速度求解出当前的时间步长，进而求出当前时刻固相份数的变化量Δf_s，若固相率加上固相增长率fs+Δfs若大于1，将fs置为1，同时将此界面元胞的状态state置为固相胞；

(7)计算完每个元胞的固相份数变化后，更新每一元胞的固相份数，同时考虑溶质、溶液和凝固潜热的变化；

(8)计算小球下落外围散热情况；

(9)计算固相溶质扩散，考虑固相与液相、液相与液相之间的溶质扩散；计算单位元胞凝固过程产生的温度扩散；

(10)判断设置的i列j行坐标系内的所有元胞是否全部遍历结束，如果这一时间步长内全部元胞遍历完成，重复步骤(4)至步骤(9)；

(11)在每次计算得到的单位时间步长或者固相份数总数进行累加，若达到初始设置的总时间或预设固相生长总数，模拟过程结束。