焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法技术

本发明专利技术提供一种焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法，该方法包括以下步骤：步骤一、确定焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验的载荷条件；步骤二、设计并制作实验样本；步骤三、确定该实验的截止条件；步骤四、确定实验的仪器型号、进行实验和记录实验结果；步骤五、确定得到完整的非线性损伤累积法则公式。根据本发明专利技术确定焊点在不规则温循剖面下的非线性损伤累积法则中的未知参数，从而得到非线性损伤累积法则的优化表达式。应用该法则替代Miner线性累积法则进行损伤累积计算，使得可靠性预计更加准确，结果更接近产品的真实可靠性水平。

Experimental Method of Damage Accumulation Rule for Solder Joints under Irregular Temperature Cyclic Profile

The invention provides an experimental method for the damage accumulation rule of solder joints under irregular temperature-cycle profiles, which includes the following steps: first, determining the loading conditions of the damage accumulation rule experiment of solder joints under irregular temperature-cycle profiles; second, designing and making experimental samples; third, determining the cut-off conditions of the experiment; fourth, determining the type of instrument for the experiment and carrying out the experiment. The experimental results are checked and recorded. Step 5: Determine the complete formula of the non-linear damage accumulation rule. According to the present invention, the unknown parameters of the non-linear damage accumulation rule of solder joints under irregular temperature-cycle profiles are determined, and the optimal expression of the non-linear damage accumulation rule is obtained. By using this rule instead of Miner's linear cumulative rule, the damage cumulative calculation can make the reliability prediction more accurate and the result closer to the real reliability level of the product.

【技术实现步骤摘要】
焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法
本专利技术涉及可靠性实验研究领域，尤其涉及一种焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法。
技术介绍
随着电子元器件朝着高速化、小型化的方向发展，芯片单位面积的发热量越来越大，引脚越来越多，相互之间距离越来越小，也就要求降低焊点的尺寸。电子器件在实际使用过程中电路的一开一关，或者电子产品从温度高的环境转移到温度低的环境会让电子器件的温度发生变化。而且封装好的器件不同材料层具有不同的热膨胀系数，当器件的温度变化时，不同层间的形变量会不一致，这会导致层与层间产生应力，整个元件发生微小的翘曲变形。当塑性应变累积达到一定程度时，就会在焊点应力集中区首先发生疲劳损伤并最终导致焊点热疲劳，从而造成电路功能的失效。有数据统计表明，电子器件的失效70％是由于焊点的失效所引起的。因此焊点在实际服役过程中的可靠性问题一直是制约电子产品寿命的关键因素，对焊点的可靠性问题研究很有必要。目前的研究大都是以焊点在标准规则的温度循环剖面下为前提的热疲劳问题，然而电子产品的实际工作是在一个很复杂系统下，通常需要完成由多个不同阶段组成的任务，所经受的应力和环境条件不同，多阶段就形成了温循剖面的复杂不规则。目前，工程上对不规则温循剖面下焊点热疲劳损伤的研究只是简单地将不规则温循剖面拆分成若干个标准温循剖面，利用Miner线性法则进行累积计算。而事实证明，应用Miner线性法则对不规则温循剖面下的焊点热疲劳损伤进行线性累积，结果会有较大偏差。针对多阶段任务系统中的不规则温循剖面，考虑一种新的非线性损伤累积法则，该法则含有未确定的参数，需要通过实验确定。考虑多阶段任务下反映电子元器件的焊点所经历的真实环境条件和载荷状况的不规则温循剖面，本专利技术通过进行典型封装焊点热疲劳损伤累积实验研究，提出一种新的损伤累积原则，为工程上解决不规则温循剖面下寿命预计提供一种新的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为确定焊点在不规则温循剖面下的非线性的损伤累积法则中的未知参数，提供一种焊点热疲劳损伤累积法则实验方法，通过对实验结果的处理拟合得出待定参数，从而得到非线性损伤累积法则的优化表达式。应用该法则替代Miner线性累积法则进行损伤累积计算，使得可靠性预计更加准确，结果更接近产品的真实可靠性水平。一种焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法，该方法包括以下步骤：步骤一、确定焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验的载荷条件；步骤二、设计并制作实验样本；步骤三、确定该实验的截止条件；步骤四、确定实验的仪器型号、进行实验和记录实验结果；步骤五、确定得到完整的非线性损伤累积法则；所述步骤一包括：a.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的任务及时间；b.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度大小；c.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度变化率；所述温度变化率等于相邻两个稳定温度的差值除以相应温度变化的时间；d.确定所述焊点所属电子元器件所在系统的不规则温循剖面；e.确定根据所述不规则温循剖面划分的标准温循剖面二和标准温循剖面三，以上述三个温循剖面作为实验设计的载荷的条件；所述步骤二包括：a.确定所述实验样本的封装形式、材料、尺寸和样本个数满足实验要求；b.确定所述实验样本的焊点在芯片中的菊花链联接方式；c.确定所述实验样本芯片电气联接设计图；d.加工制作完成实验所需的所述芯片样本；所述步骤三包括：a.用所述菊花链电阻作为实验的测量变量；b.当实验进行至菊花链电阻增加超过一定数值，则认为焊点发生失效，以此作为实验的截止条件；所述步骤四包括：a.确定实验所用仪器型号；b.确定实验前样本焊点的所述测量变量初始值；c.进行实验，每隔一定时间对所述芯片样本进行测量，并记录各个时间点下所述测量变量的大小，直至截止条件；所述步骤五包括：a.确定焊点在不规则温循剖面下非线性损伤累积法则的公式；其中N为不规则温循剖面下所述芯片样本达到失效时的循环数估计值；N1为所述标准温循剖面二下芯片样本达到失效时的循环数；N2为所述标准温循剖面三下芯片样本达到失效时的循环数；a、b是通过实验数据拟合的参数。a、b与N1、N2的关系如下：其中n1和n2是所述芯片样本在所述标准温循剖面二和所述标准温循剖面三下达到相同损伤量时的循环数；b.根据实验所得到的数据，用Matlab将所述实验数据按照公式(2)进行参数拟合得到拟合曲线，求解得到a和b的值，以及拟合优度；c.确定所述非线性损伤累积法则的优化表达式。优选的，所述步骤二中b.确定所述实验样本的焊点在芯片中的菊花链联接方式，其特征在于：所述焊点按照菊花链的方式串联联接，其中包含3条菊花链T1，T2，T3，T1为最外圈焊点串联联接而成的一圈菊花链，T2为中间焊点串联联接而成的一圈菊花链，T3为内圈焊点串联联接而成的一圈菊花链；各条菊花链的电阻值等于其包含的焊点电阻值之和。优选的，所述步骤三中b.当实验进行至菊花链电阻增加超过一定数值，则认为焊点发生失效，以此作为实验的截止条件，其特征在于：当实验进行至菊花链电阻增加超过20％，则认为焊点发生失效，以此作为实验的截止条件.优选的，所述步骤四中c.进行实验，每隔一定时间对所述芯片样本进行测量，并记录各个时间点下所测变量的大小，直至截止条件，其特征在于：按照所述不规则温循剖面和两个所述标准温循剖面对芯片样本施加实验应力，并监测和记录各菊花链电阻值；实验时，每隔一定时间记录各个剖面下的菊花链电阻值，依据实验芯片样本的数量，记录得到多组数据,所述多组数据为各芯片样本在三种温循剖面下的菊花链电阻值及其对应循环数；根据所述多组数据绘制曲线图，确定曲线特征点的循环数，以及菊花链T1、T2和T3电阻分别增大超过20％的循环数。优选的，所述步骤五中c.确定非线性损伤累积法则的优化表达式，其特征在于：将所述参数a、b的值带入公式(1)中，得到对应封装形式下在所述三个温循剖面下非线性累积关系如公式(3)所示：其中N为不规则温循剖面下芯片样本达到失效时的循环数估计值；N1为标准温循剖面二下芯片样本达到失效时的循环数；N2为标准温循剖面三下芯片样本达到失效时的循环数；利用公式(3)计算得出所述不规则温循剖面下芯片样本达到失效时的循环数估计值本专利技术提供的实验方法，具有以下优点：a.针对多阶段任务系统的特点，制定不规则的温循剖面，反映出了焊点所经历的真实的温度变化情况，所得到的实验结果更符合实际。b.针对不规则温循剖面下的焊点热疲劳，提出了非线性损伤累积法则，替代了Miner线性法则进行损伤累积，使计算结果更为准确。附图说明图1为实施例中的总的不规则温循剖面；图2为实施例中的标准温循剖面二；图3为实施例中的标准温循剖面三；图4为实施例中的芯片菊花链的联接方式；图5为实施例中的T1芯片菊花链的联接方式；图6为实施例中的T2芯片菊花链的联接方式；图7为实施例中的T3芯片菊花链的联接方式；图8为实施例中的焊点的菊花链的电气设计图；图9为实施例中焊点在不规则温循剖面下菊花链电阻值随循环数的变化曲线；图10为实施例中焊点在标准温循剖面二下菊花链电阻值随循环数的变化曲线；图11为实施例中的焊点在标准温循剖面三下菊花链电阻值随循环数的变化曲线；图12为实施例中的Matla本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一、确定焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验的载荷条件；步骤二、设计并制作实验样本；步骤三、确定该实验的截止条件；步骤四、进行实验和记录实验结果；步骤五、得到非线性损伤累积法则；所述步骤一包括：a.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的任务及时间；b.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度大小；c.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度变化率，所述温度变化率等于相邻两个稳定温度的差值除以相应温度变化的时间；d.确定所述焊点所属电子元器件所在系统的不规则温循剖面；e.确定所述不规则温循剖面、标准温循剖面二和标准温循剖面三，以所述不规则温循剖面、标准温循剖面二和标准温循剖面三作为实验的载荷条件；所述步骤二包括：a.确定所述实验样本的封装形式、材料、尺寸和样本个数；b.确定所述实验样本的焊点在芯片中的菊花链联接方式；c.确定所述实验样本芯片电气联接设计图；d.制作实验所需的所述芯片样本；所述步骤三包括：a.用所述菊花链电阻作为实验的测量变量；b.当实验进行至菊花链电阻增加超过一定数值时，则认为焊点发生失效，以此作为实验的截止条件；所述步骤四包括：a.确定实验所用仪器型号；b.确定实验前样本焊点的所述测量变量的初始值；c.进行实验，每隔一定时间对所述芯片样本进行测量，并记录各个时间点下所述测量变量的大小，直至截止条件；所述步骤五包括：a.确定焊点在不规则温循剖面下非线性损伤累积法则的表达式：...

【技术特征摘要】
1.一种焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一、确定焊点在不规则温循剖面下损伤累积法则实验的载荷条件；步骤二、设计并制作实验样本；步骤三、确定该实验的截止条件；步骤四、进行实验和记录实验结果；步骤五、得到非线性损伤累积法则；所述步骤一包括：a.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的任务及时间；b.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度大小；c.确定所述焊点所属电子元器件所在系统各个阶段的温度变化率，所述温度变化率等于相邻两个稳定温度的差值除以相应温度变化的时间；d.确定所述焊点所属电子元器件所在系统的不规则温循剖面；e.确定所述不规则温循剖面、标准温循剖面二和标准温循剖面三，以所述不规则温循剖面、标准温循剖面二和标准温循剖面三作为实验的载荷条件；所述步骤二包括：a.确定所述实验样本的封装形式、材料、尺寸和样本个数；b.确定所述实验样本的焊点在芯片中的菊花链联接方式；c.确定所述实验样本芯片电气联接设计图；d.制作实验所需的所述芯片样本；所述步骤三包括：a.用所述菊花链电阻作为实验的测量变量；b.当实验进行至菊花链电阻增加超过一定数值时，则认为焊点发生失效，以此作为实验的截止条件；所述步骤四包括：a.确定实验所用仪器型号；b.确定实验前样本焊点的所述测量变量的初始值；c.进行实验，每隔一定时间对所述芯片样本进行测量，并记录各个时间点下所述测量变量的大小，直至截止条件；所述步骤五包括：a.确定焊点在不规则温循剖面下非线性损伤累积法则的表达式：其中N为不规则温循剖面下所述芯片样本达到失效时的循环数估计值；N1为所述标准温循剖面二下芯片样本达到失效时的循环数；N2为所述标准温循剖面三下芯片样本达到失效时的循环数；a、b是通过实验数据拟合的参数；b.将实验所得到的数据进行参数拟合得到拟合曲线，求解得到a和b的值，以及拟合优度；c.确定所述非线性损伤累积法则的优化表达式。2.根据权利要求1所述的焊点在不规则温循剖面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颖，门伟阳，袁增辉，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11