一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱技术

本发明专利技术公开了一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱，属于BGA技术领域，在有限元仿真分析软件中模拟BGA焊点模型在热循环环境中，得出应力应变量，代入计算公式得出BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值，再进行实际实验，并与仿真数据进行对照，找出其中的规律和偏差因素，修正仿真分析方法，并总结成一套热可靠性设计准则进行行业推广。

A BGA solder joint thermal life prediction method, test platform and test case

The invention discloses a method for predicting the thermal life of BGA solder joints, a testing platform and a testing chassis, belonging to the technical field of BGA. The method simulates the BGA solder joint model in the thermal cycling environment in the finite element simulation analysis software, obtains the stress and strain, substitutes the calculation formula to obtain the average thermal fatigue life of the BGA solder joint model, and then advances. Practical experiments were carried out and compared with the simulation data to find out the rules and deviation factors, modify the simulation analysis method, and summarize a set of thermal reliability design criteria for industry promotion.

【技术实现步骤摘要】
一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱
本专利技术涉及热寿命预测方法
，特别地，涉及一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱。
技术介绍
随着电子产品运行环境温度不断变化，芯片不断的启停，导致电子产品自身的温度一直处于变化的状态。由于印制板本身基材与IC封装基材热膨胀系数不一致等因素，在电子产品运行过程中国，不同材料热胀冷缩量不同导致中间的焊点受内部剪切应力作用，从而发生位移导致开裂，最终引起产品的失效。当前国内外对于BGA焊点热寿命的分析，侧重于对焊点开裂的原理分析和工艺理论提升上，对于在焊接过程中由于工艺的不同造成焊点寿命实际性偏差，具体工艺实现方式及焊接材料选择不同的条件下对焊点寿命的研究较少，对于产品寿命的预估方法也是停留在理论分析及仿真层面，没有大量的实验数据佐证。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱，以解决现有技术中对于仿真准确度的判别上工作开展得较少，主要停留在理论研究阶段层面的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种BGA焊点热寿命预测方法，先在有限元仿真分析软件中实施步骤a-d后，再依次实施步骤e、f、g，a、建立仿真模型，仿真模型包括印制板模型和印制板模型上的数个BGA焊点模型，并分别对印制板模型和BGA焊点模型的材料进行设定；b、对仿真模型进行网格划分；c、使仿真模型处于两种温度不断交替变化的外部热循环中；d、通过步骤C得出每个BGA焊点模型经过外部热循环产生的应力应变量；e、疲劳模型计算：利用Manson-Coffin公式：式中，Nf——热疲劳失效的平均寿命；Δγ——等效剪切应变范围，Δε——等效总应变范围；εf——疲劳韧性系数；c——疲劳韧性指数；计算每个BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命，并由此得到一组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值；f、实际实验：设置与所述仿真模型相符的实体的测试板，将测试板置于与步骤C中外部热循环相符的实际热环境中，并得到测试板中每个BGA焊点的实验寿命值，进而得到一组实验寿命值；g、与仿真数据进行对照：将所述的一组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值与一组实验寿命值组进行对照，如果这两组数值的一致性低于90％，则在有限元仿真分析软件中修改仿真模型的尺寸和/或材料和/或网格，重复进行步骤a-f，直至这两组数值的一致性大于或者等于90％为止。在步骤f中，对多个测试板进行实际实验，实时监测BGA焊点在热环境下的通断，得到每个BGA焊点的第一手实际寿命值，所有测试板上位于同一位置点上的所有BGA焊点的第一手实际寿命值构成该位置点BGA焊点的第一手实际寿命值组，然后执行实际寿命值计算步骤：a1，对第一手实际寿命值组求平均值，将超过平均值20％的第一手实际寿命值剔除出第一手实际寿命值组，得到新的第一手实际寿命值组，a2，重复a1，直至得到组内数据均不超过相应平均值20％的第一手实际寿命值组为止，a3，将最终得到第一手实际寿命值组求平均值即为该位置点上BGA焊点的实验寿命值。一种用于BGA焊点热寿命测试平台，包括温度循环测试箱和测试机箱，所述温度循环测试箱内设置有测试板，所述测试机箱内设置有监测板，所述监测板的输入端与所述测试板电连接，所述监测板的输出端与上位机电连接。一种BGA焊点热寿命测试平台的测试机箱，包括箱体内从上至下依次设置的数对导轨滑槽，成对的导轨滑槽分别固设在箱体内的两侧，箱体内还设有数个监测板，监测板的两端分别插入成对的两导轨滑槽中。所述箱体与所述导轨滑槽固定连接。所述监测板至少设置一个。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的一种BGA焊点热寿命预测方法、测试平台及测试机箱，通过对不同焊接条件下焊点可靠性进行分析，得到不同工作环境下不同焊接条件下各焊点的有效使用次数，同时能够针对仿真分析模型搭建专业的测试平台进行实际测试，将测试结果与理论分析结果进行对应并修正仿真分析的偏差因子，得到更为准确可靠的分析方法。能够模拟产品实际运行环境，并且能够实时检测产品运行过程中各检测焊点在对应温度条件下的实时通断情况，将试验采集的测试数据与仿真数据进行对比分析，找出其中的规律和偏差因素，修正仿真分析方法，总结成一套焊点热可靠性设计及焊接工艺设定准则进行行业推广。附图说明下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是一种BGA焊点热寿命预测方法的流程框图；图2是BGA焊点热寿命测试平台结构示意图；图3是BGA焊点热寿命测试平台的测试机箱结构示意图；图4是本专利技术的测试板的硬件原理图方框图；图5是本专利技术的监测板的硬件原理图方框图；附图标记说明：1、温度循环测试箱；2、测试板；3、测试机箱；4、监测板；5、上位机；6、箱体；7、导轨滑槽。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。实施例1：请参阅图1，一种BGA焊点热寿命预测方法，先在有限元仿真分析软件中实施步骤a-d后，再依次实施步骤e、f、g有限元仿真分析软件优先选用ansys；BGA焊点为BGA封装的芯片的焊点。a、建立仿真模型，仿真模型包括印制板模型和印制板模型上的数个BGA焊点模型，并分别对印制板模型的材料和BGA焊点模型的材料进行设定，该仿真模型(包含印制板模型和所有BGA焊点模型)具备尺寸信息、形状信息、材料信息以及印制板的结构信息，结构信息包含组成该印制板的各部分的搭配和安排；b、对仿真模型(包含印制板模型和所有BGA焊点模型)进行网格划分，保证仿真精度和速度；c、定义载荷：使仿真模型处于两种温度不断交替变化的外部热循环中，使仿真模型能够在外在条件下进行热学仿真分析；d、得到步骤C中产生的热学仿真分析结果，分析并得出每个BGA焊点模型经过外部热循环产生的应力应变量，应力是指每个BGA焊点模型受到的内应力，应变是指每个BGA焊点模型产生的应变；e、疲劳模型计算：电子封装SnPb焊点失效是低周期疲劳失效，焊点热循环失效的寿命模式主要以低周期的Coffin-Manson方程(简称C-M方程)为基础，利用Manson-Coffin公式：式中，Nf——热疲劳失效的平均寿命(cycle)；Δγ——等效剪切应变范围，Δε——等效总应变范围；εf——疲劳韧性系数(＝0.325)；c——疲劳韧性指数；此处c与热循环的温度和频率有关。c＝-0.442-6×10-4Tm+1.74×10-2ln(1+f)其中，Tm——热循环的平均温度(℃)；Tmax——循环最大温度值(℃)；Tmin——循环最小温度值(℃)；f——循环频率；计算每个BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命Nf，并由此得到一组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值Nf，该组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值由印制板模型上所有位置点上所有BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值Nf构成；f、实际实验：设置与所述仿真模型相符的实体的测试板，将测试板置于与步骤C中外部热循环相符的实际热环境中，实时监测测试板上每个BGA焊点在外部热循环条件下的通断，并得到测试板上每个BGA焊点的实验寿命值，进而得到一组实验寿命值，该组实验寿命值由测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种BGA焊点热寿命预测方法，其特征在于，先在有限元仿真分析软件中实施步骤a‑d后，再依次实施步骤e、f、g，a、建立仿真模型，仿真模型包括印制板模型和印制板模型上的数个BGA焊点模型，并分别对印制板模型和BGA焊点模型的材料进行设定；b、对仿真模型进行网格划分；c、使仿真模型处于两种温度不断交替变化的外部热循环中；d、通过步骤c得出每个BGA焊点模型经过外部热循环产生的应力应变量；e、疲劳模型计算：利用Manson‑Coffin公式：

【技术特征摘要】
1.一种BGA焊点热寿命预测方法，其特征在于，先在有限元仿真分析软件中实施步骤a-d后，再依次实施步骤e、f、g，a、建立仿真模型，仿真模型包括印制板模型和印制板模型上的数个BGA焊点模型，并分别对印制板模型和BGA焊点模型的材料进行设定；b、对仿真模型进行网格划分；c、使仿真模型处于两种温度不断交替变化的外部热循环中；d、通过步骤c得出每个BGA焊点模型经过外部热循环产生的应力应变量；e、疲劳模型计算：利用Manson-Coffin公式：式中，Nf——热疲劳失效的平均寿命；Δγ——等效剪切应变范围，Δε——等效总应变范围；εf——疲劳韧性系数；c——疲劳韧性指数；计算每个BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命，并由此得到一组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值；f、实际实验：设置与所述仿真模型相符的实体的测试板，将测试板置于与步骤C中外部热循环相符的实际热环境中，并得到测试板上每个BGA焊点的实验寿命值，进而得到一组实验寿命值；g、与仿真数据进行对照：将所述的一组BGA焊点模型的热疲劳失效的平均寿命值与一组实验寿命值进行对照，如果这两组数值的一致性低于90％，则在有限元仿真分析软件中修改仿真模型的尺寸和/或材料和/或网格，重复进行步骤a-f，直至这两组数值的一致性大于或者等于90％为止。2.根据权利要求1所述的一种BGA焊点热寿命预测方法，其特征在于：在步骤f中，对多个测试板进行实际实验，实时监测BGA焊点在热...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉丹，鲁文牧，任艳，奚梓滔，黄庆东，
申请(专利权)人：无锡市五十五度科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32