一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法，包括建立热风再流焊工艺仿真模型，得到工艺参数与焊点温度曲线之间的对应关系，并将工艺参数和焊点温度曲线进行参数化；以焊点的热疲劳寿命作为可靠性评价指标，优化热疲劳寿命至最大的同时进行稳健性优化设计，以焊点的峰值温度、超液相线时间、冷却速率、加热因子、升温速率和保温时间工艺性能参数作为稳健性评价指标，将其作为综合优化设计的约束条件；建立响应面代理模型；对代理模型进行确定性优化；最后采用自适应响应面优化方法，对代理模型进行稳健性与可靠性综合优化设计，以6σ为设计准则，迭代计算，最终得到一组最为稳健和可靠的工艺参数。得到一组最为稳健和可靠的工艺参数。得到一组最为稳健和可靠的工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法


[0001]本专利技术涉及到一种热风再流焊工艺优化设计方法，涉及一种基于响应面模型的焊点稳健性与可靠性优化设计方法，尤其是一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法。

技术介绍

[0002]热风再流焊工艺是电子产品表面贴装技术(Surface Mounted Technology，简称SMT)组装中的一种非常重要且常用的工艺。随着电子产品SMT组装集成度越来越高，对热风再流焊工艺的要求也越来越高。目前在热风再流焊工艺设计中普遍采用“实物试验结合经验进行工艺参数调整为主”的工艺设计方法。这种方法是以工艺曲线是否符合工艺性能指标或指定的工艺窗口来不断调整工艺设计参数，不能在工艺设计中综合考虑工艺稳健性指标和工艺可靠性指标。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种热风再流焊工艺稳健性与可靠性综合设计方法，该方法在考虑现有工艺性能指标的基础上，可以综合考虑工艺的稳健性与可靠性指标来进行工艺参数设计。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0005]一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：通过数值仿真方法，建立热风再流焊工艺仿真模型，得到工艺参数与焊点温度曲线之间的对应关系，并将工艺参数和焊点温度曲线进行参数化；
[0007]步骤二：以焊点的热疲劳寿命作为可靠性评价指标，优化热疲劳寿命至最大的同时进行稳健性优化设计，以焊点的峰值温度、超液相线时间、冷却速率、加热因子、升温速率和保温时间工艺性能参数作为稳健性评价指标，将其作为综合优化设计的约束条件，约束规则设置为：
[0008]峰值温度+6σ1≤峰值温度上限值；
[0009]超液相线时间+6σ2≤超液相线时间上限值；
[0010]冷却速率+6σ3≤冷却速率上限值；
[0011]加热因子+6σ4≤加热因子上限值；
[0012]升温速率+6σ5≤升温速率上限值；
[0013]保温时间+6σ6≤保温时间上限值；
[0014]峰值温度
‑
6σ1≥峰值温度下限值；
[0015]超液相线时间
‑
6σ2≥超液相线时间下限值；
[0016]冷却速率
‑
6σ3≥冷却速率下限值；
[0017]加热因子
‑
6σ4≥加热因子下限值；
[0018]升温速率
‑
6σ5≥升温速率下限值；
[0019]保温时间
‑
6σ6≥保温时间下限值；
[0020]其中，σ1为峰值温度的标准差，σ2为超液相线时间的标准差，σ3为冷却速率的标准差，σ4为加热因子的标准差，σ5为升温速率的标准差，σ6为保温时间的标准差；
[0021]步骤三：基于金属间化合物(Intermetallic Compound，简称IMC)工艺生长实验，根据IMC厚度生长实验结果，构建冷却时间、超液相线时间和峰值温度工艺参数与焊点初始IMC厚度的关系式；
[0022]步骤四：根据实验或数值仿真结果，得到不同初始IMC厚度与焊点热疲劳寿命的关系式；
[0023]步骤五：计算焊点的热疲劳寿命，采用空间填充拉丁超立方抽样方法，对焊点抽样后，进行灵敏度分析，建立响应面代理模型；
[0024]步骤六：对代理模型进行确定性优化，并对优化后的模型进行精度验证，各工艺参数响应值误差若满足精度要求，则对该工艺设计方案进行稳健性和可靠性评价；若不满足精度要求则重新构建样本点；
[0025]步骤七：对确定性优化后的模型和原参数化模型进行稳健性和可靠性综合评价；
[0026]步骤八：采用自适应响应面优化方法，对代理模型进行稳健性与可靠性综合优化设计，以6σ为设计准则，迭代计算，最终得到一组最为稳健和可靠的工艺参数。
[0027]与现有的方法相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术为解决热风再流焊实际工艺过程中工艺参数波动造成的焊接不良问题，提出一种热风再流焊稳健性与可靠性综合优化设计方法，在满足实际工艺设计参数要求的前提下，能够得到一组满足稳健性指标与可靠性指标的最佳工艺参数。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例中热风再流焊工艺的稳健性和可靠性优化设计方法流程图；
[0030]图2
‑
1是实施例中原参数化模型与确定性优化的超液相线时间最小值的稳健性评估σ水平；
[0031]图2
‑
2是实施例中原参数化模型与确定性优化的冷却速率最小值的稳健性评估σ水平；
[0032]图2
‑
3是实施例中原参数化模型与确定性优化的加热因子最小值的稳健性评估σ水平；
[0033]图3
‑
1是实施例中综合优化设计后的超液相线时间最小值的稳健性评估σ水平；
[0034]图3
‑
2是实施例中综合优化设计后的冷却速率最小值的稳健性评估σ水平；
[0035]图3
‑
3是实施例中综合优化设计后的加热因子最小值的稳健性评估σ水平；
[0036]图4
‑
1是实施例中原参数化模型计算的热疲劳寿命值；
[0037]图4
‑
2是实施例中确定性优化后的热疲劳寿命值；
[0038]图4
‑
3是实施例中综合优化设计后的热疲劳寿命值。
具体实施方式
[0039]下面结合实施例和附图对本
技术实现思路
作进一步的阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术
人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]实施例：
[0041]如图1所示，本专利技术提出了一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法，包括以下步骤：
[0042]步骤一：采用ANSYS Workbench建立数值仿真模型，使用的有限元模型的再流焊工艺过程中共包括2个预热区、4个保温区、3个再流区和2个冷却区共11个温区，温区的温度从室温到275℃，将11个温区温度作为参数化模型的关键设计变量，将仿真模型的输出：峰值温度、超液相线时间、冷却速率、加热因子、升温速率和保温时间作为参数化模型的响应；
[0043]步骤二：根据再流焊工艺并结合具体要求，本方法约束条件包括保温时间60～90s，超液相线时间60～90s，冷却速率1.2～4℃/s，升温速率1.2～2℃/s，峰值温度210～230℃以及加热因子在800～1600s
·
℃，为简化计算，本方法采用单目标优化，优化目标为热疲劳寿命，使热疲劳寿命最大化的同时进行稳健性优化，可保障稳健性和可靠性要求的目的；
[0044]步骤三：将再流焊曲线的三个参量冷却时间、超液相线时间和峰值温度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过数值仿真方法，建立热风再流焊工艺仿真模型，得到工艺参数与焊点温度曲线之间的对应关系，并将工艺参数和焊点温度曲线进行参数化；步骤二：以焊点的热疲劳寿命作为可靠性评价指标，优化热疲劳寿命至最大的同时进行稳健性优化设计，以焊点的峰值温度、超液相线时间、冷却速率、加热因子、升温速率和保温时间工艺性能参数作为稳健性评价指标，将其作为综合优化设计的约束条件，约束规则设置为：峰值温度+6σ1≤峰值温度上限值；超液相线时间+6σ2≤超液相线时间上限值；冷却速率+6σ3≤冷却速率上限值；加热因子+6σ4≤加热因子上限值；升温速率+6σ5≤升温速率上限值；保温时间+6σ6≤保温时间上限值；峰值温度
‑
6σ1≥峰值温度下限值；超液相线时间
‑
6σ2≥超液相线时间下限值；冷却速率
‑
6σ3≥冷却速率下限值；加热因子
‑
6σ4≥加热因子下限值；升温速率
‑
6σ5≥升温速率下限值；保温时间
‑
6σ6≥保温时间下限值；其中，σ1为峰值温度的标准差，σ2为超液相线时间的标准差，σ3为冷却速率的标准差，σ4为加热因子的标准差，σ5为升温速率的标准差，σ6为保温时间的标准差；步骤三：基于金属间化合物(Intermetallic Compound，简称IMC)工艺生长实验，根据IMC厚度生长实验结果，构建冷却时间、超液相线时间和峰值温度工艺参数与焊点初始IMC厚度的关系式；步骤四：根据实验或数值仿真结果，得到不同初始IMC厚度与焊点热疲劳寿命的关系式；步骤五：计算焊点的热疲劳寿命，采用空间填充拉丁超立方抽样方法，对焊点抽样后，进行灵敏度分析，建立响应面代理模型；步骤六：对代理模型进行确定性优化，并对优化后的模型进行精度验证，各工艺参数响应值误差若满足精度要求，则对该工艺设计方案进行稳健性和可靠性评价；若不满足精度要求则重新构建样本点；步骤七：对确定性优化后的模型和原参数化模型进行稳健性和可靠性综合评价；步骤八：采用自适应响应面优化方法，对代理模型进行稳健性与可靠性综合优化设计，以6σ为设计准则，迭代计算，最终得到一组最为稳健和可靠的工艺参数。2.根据权利要求1所述的热风再流焊工艺的稳健性与可靠性综合优化设计方法，其特征在于，步骤一中，采用ANSYS Workbench建立数值仿真模型，使用的有限元模型的再流焊工艺过程中共包括2个预热区、4个保温区、3个再流区和2个冷却区共11个温区，温区的温度从室温到275℃，将11个温区温度作为参数化模型的关键设计变量，将仿真模型的输出：峰
值温度、超液相线时间、冷却速率、加热因子、升温速率和保温时间作为参数化模型的响应。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚雨兵，覃杨，陈蔡，潘开林，黄伟，王雪莹，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：