基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法，建立电子组件的3D低周热疲劳模型，预测焊点热循环总周期，并得到焊点热循环周期关于裂纹长度的函数；建立基于脉冲涡流热成像的3D感应热模型，模拟得到获取感应温度关于裂纹长度的函数；联合两个函数得到焊点热循环周期关于感应温度的函数；在焊点服役时，采用基于脉冲涡流热成像的焊点缺陷检测算法检测得到电子组件中的缺陷焊点，记录各个缺陷焊点的感应温度，计算得到各个缺陷焊点已经经历的热循环周期，然后计算得到各个缺陷焊点的剩余热循环周期，筛选最小剩余热循环周期作为电子组件的焊点剩余寿命。采用本发明专利技术可以对焊点在服役过程中的寿命进行预测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于倒装焊封装
，更为具体地讲，涉及一种基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法。
技术介绍
电子器件失效很大程度上是由封装及组装的失效所引起，而在电子封装及组装的失效中，焊点的失效是主要原因。焊点的寿命预测一直是焊点可靠性问题的重要内容，目前行业内已经提出了多种寿命预测模型，比如基于应变范围的Coffin-Manson经验模型、基于断裂力学的裂纹扩展模型和基于损伤累积的能量模型等。然而以上的研究主要针对焊点最终寿命的预测，而不能实现对焊点服役过程中的寿命预测。基于脉冲涡流感应热技术的焊点疲劳寿命预测方法，在检测出裂纹长度的前提下，应用Darveaux提出的焊点裂纹扩展模型可以实现对焊点剩余寿命的评估。Darveaux模型以能量为基础，同时考虑热疲劳中的迟滞能量效应，对于电子组件的寿命预测较为准确，被广泛用于新型芯片封装结构的疲劳寿命预测中。脉冲涡流热成像技术(Eddy Current Pulsed Thermography，ECPT)是一种新兴的检测方法，它结合了涡流检测和热成像技术两方面的优势，具有较高的空间分辨率和灵敏度。目前，ECPT测试对象主要是航空航天，铁路轨道，石油管道，复合材料等大型或大面积样本尺寸的缺陷检测上，并未涉及利用脉冲涡流热成像技术对焊点进行寿命预测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法，结合3D低周热疲劳模型和3D感应热模型，获取焊点热循环周期与焊点感应温度之间的关系，实现对焊点在服役过程中的寿命预测。为实现上述专利技术目的，本专利技术基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法包括以下步骤：S1：建立电子组件的3D低周热疲劳模型，根据预设的热循环条件预测得到电子组件的焊点热循环总周期NF，并得到焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)；S2：建立与3D低周热疲劳模型相同结构的基于脉冲涡流热成像的3D感应热模型，模拟得到不同裂纹长度下焊点在脉冲涡流加热结束时的感应温度，获取感应温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)；S3：根据步骤S1得到的焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)以及步骤S2得到的感应温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)，得到焊点热循环周期Nf关于感应温度T的函数Nf＝h(T)；S4：在焊点服役时，采用基于脉冲涡流热成像的焊点缺陷检测算法检测得到电子组件中的缺陷焊点，脉冲涡流热成像的参数与步骤S3中3D感应热模型模拟时的参数相同，同时记录各个缺陷焊点在脉冲涡流加热结束时刻的感应温度T(i)，i＝1,2,…,M，M表示缺陷焊点数量；将各个缺陷焊点的感应温度T(i)代入焊点热循环周期Nf关于感应温度T的函数Nf＝h(T)，得到各个缺陷焊点已经经历的热循环周期Nf(i)，计算各个缺陷焊点对应的剩余热循环周期筛选M个剩余热循环周期中的最小值作为电子组件的焊点剩余寿命。本专利技术基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法，建立电子组件的3D低周热疲劳模型，预测焊点热循环总周期，并得到焊点热循环周期关于裂纹长度的函数；建立基于脉冲涡流热成像的3D感应热模型，模拟得到获取感应温度关于裂纹长度的函数；联合两个函数得到焊点热循环周期关于感应温度的函数；在焊点服役时，采用基于脉冲涡流热成像的焊点缺陷检测算法检测得到电子组件中的缺陷焊点，记录各个缺陷焊点的感应温度，计算得到各个缺陷焊点已经经历的热循环周期，根据焊点热循环总周期即可计算得到各个缺陷焊点的剩余热循环周期，筛选最小剩余热循环周期作为电子组件的焊点剩余寿命。本专利技术结合3D低周热疲劳模型和3D感应热模型，获取焊点热循环周期与焊点感应温度之间的关系，从而实现通过缺陷焊点的感应温度对焊点服役过程中的寿命进行预测，这种方法测量时间短、测量范围大、操作简单，对环境要求低，具有较好的应用前景。附图说明图1是本专利技术基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法的具体实施方式流程图；图2是本实施例中3D低周热疲劳模型图；图3是本实施例中四组热循环条件示意图；图4是基于Darvaeux模型得到热循环周期关于裂纹长度的函数的流程图；图5是三处焊点在整个热循环过程的有效弹塑性形变曲线图；图6是本实施例中3D感应热模型图；图7是本实施例中电子组件在脉冲涡流加热结束时刻的热成像图；图8是本实施例中不同裂纹下焊点在脉冲涡流加热结束时的感应温度曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图1是本专利技术基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法的具体实施方式流程图。如图1所示，本专利技术基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法包括以下步骤：S101：建立3D低周热疲劳模型：首先建立电子组件的3D低周热疲劳模型，根据预设的热循环条件预测得到电子组件的焊点热循环总周期NF，根据3D低周热疲劳模型得到焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)，f()为函数表达式。本实施例中采用COMSOL Multiphysics软件建立3D低周热疲劳模型。图2是本实施例中3D低周热疲劳模型图。如图2所示，该模型中芯片包含36个直径为0.4mm的焊球、芯片以及敷铜的PCB板，焊点间隔0.5mm，电路板尺寸为6mm*6mm*1.025mm。由于各部分元件之间的差异较大，为了提高有限元计算的准确性和高效性，采用了全局-局部的网格剖分方法，即针对整个模型，采用较粗的网格剖分，而在较小的焊球处则采用精细的网格剖分。目前业内具有多种基于热疲劳模型的焊点寿命预测方法，可以根据实际需要选择。本实施例中采用Darvaeux模型进行焊点寿命预测，其数学表达式为： N 0 = K 1 ( Δ W W r e f ) K 2 - - - ( 1 ) ]]> d a d N = K 3 ( Δ W W 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立电子组件的3D低周热疲劳模型，根据预设的热循环条件预测得到电子组件的焊点热循环总周期NF，并得到焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)；S2：建立与3D低周热疲劳模型相同结构的基于脉冲涡流热成像的3D感应热模型，模拟得到不同裂纹长度下焊点在脉冲涡流加热结束时的感应热温度，获取感应热温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)；S3：根据步骤S1得到的焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)以及步骤S2得到的感应热温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)，得到焊点热循环周期Nf关于感应热温度T的函数Nf＝h(T)；S4：在焊点服役时，采用基于脉冲涡流热成像的焊点缺陷检测算法检测得到电子组件中的缺陷焊点，脉冲涡流热成像的参数与步骤S103中3D感应热模型模拟时的参数相同，同时记录各个缺陷焊点在脉冲涡流加热结束时刻的感应热温度T(i)，i＝1,2,…,M，M表示缺陷焊点数量；将各个缺陷焊点的感应热温度T(i)代入焊点热循环周期Nf关于感应热温度T的函数Nf＝h(T)，得到各个缺陷焊点已经经历的热循环周期Nf(i)，计算各个缺陷焊点对应的剩余热循环周期筛选M个剩余热循环周期中的最小值作为电子组件的焊点剩余寿命。...

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲涡流热成像的电子封装焊点热疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立电子组件的3D低周热疲劳模型，根据预设的热循环条件预测得到电子组件的焊点热循环总周期NF，并得到焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)；S2：建立与3D低周热疲劳模型相同结构的基于脉冲涡流热成像的3D感应热模型，模拟得到不同裂纹长度下焊点在脉冲涡流加热结束时的感应热温度，获取感应热温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)；S3：根据步骤S1得到的焊点热循环周期Nf关于裂纹长度a的函数Nf＝f(a)以及步骤S2得到的感应热温度T关于裂纹长度a的函数T＝g(a)，得到焊点热循环周期Nf关于感应热温度T的函数Nf＝h(T)；S4：在焊点服役时，采用基于脉冲涡流热成像的焊点缺陷检测算法检测得到电子组件中的缺陷焊点，脉冲涡流热成像的参数与步骤S103中3D感应热模型模拟时的参数相同，同时记录各个缺陷焊点在脉冲涡流加热结束时刻的感应热...

【专利技术属性】
技术研发人员：周秀云，陈亚秋，周金龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51