一种表贴焊点imc热疲劳概率故障物理模型建立方法
【专利摘要】一种表贴焊点IMC热疲劳概率故障物理模型建立方法，步骤如下：一、确定IMC生长物理模型；二、确定表贴焊点热疲劳寿命与IMC厚度之间的物理模型；三、确定IMC厚度分布的概率密度函数μ(δ)；经以上三个步骤，通过界面金属间化合物即IMC这个纽带，直接建立表贴焊点可靠性与表贴焊点加工工艺、工作条件之间的函数关系，考虑到IMC厚度的分散性，对不同产品或者相同产品的不同批次进行了离散化处理，给出表贴焊点IMC热疲劳概率故障物理模型。本发明直接建立了表贴焊点可靠性与工艺条件之间的关系，为改进生产焊接工艺，改善表贴焊点工作环境，延长表贴焊点热疲劳寿命，提高焊接电子产品可靠性提供了依据。
【专利说明】一种表贴焊点IMC热疲劳概率故障物理模型建立方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种表贴焊点MC热疲劳概率故障物理模型建立方法，它是通过研究焊接界面金属间化合物(no厚度与焊接工艺、表贴焊点工作条件之间的关系，建立考虑IMC的表贴焊点在工作过程中的热疲劳概率故障物理模型，为评估表贴焊点的可靠性提供依据，属于基于故障物理的可靠性评估【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在电子封装技术中，互连焊点起着传递信号、提供散热途径、连接和支撑电子元器件和电路板的作用，其可靠性极为关键。焊点的失效可能会引起一个装置或者整台设备无法正常工作。而作为焊点的连接材料和重要成分，IMC成为影响焊点可靠性的关键因素。适量的IMC可以起到提高接头强度、增强接头连接性能、润湿焊料及阻碍焊料扩散、氧化的作用；IMC厚度太薄，电子元件与电路板之间的结合就不牢靠；IMC太厚或者分布不均匀，其脆性会引发裂纹的产生和发展，焊点寿命下降。因此IMC是焊点可靠性、元器件可靠性乃至电子产品可靠性的一个关键问题，IMC的影响因素及其对焊点热疲劳寿命的影响被提到了研究的前沿。
[0003]目前在材料科学领域，很多学者利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、图像处理软件这些先进技术对不同条件下MC的形貌结构及厚度变化进行了观察、对比和分析，对MC的产生和生长行为及其影响因素已有较深入的探索。在焊点的可靠性方面，则多是基于试验现象和结果进行定性的阐述及微观成分的分析，缺少定量的物理模型，尤其是焊接工艺及焊点工作条件与焊点寿命的直接关系模型，对于焊点热疲劳寿命的分散性也考虑较少。国内外尚未形成建立焊点寿命分布参数与工艺参数、结构参数的直接关系，即考虑IMC的焊点热疲劳概率故障物理模型的方法。
【发明内容】
[0004]1、目的:本发明的目的在于针对现有表贴焊点热疲劳寿命计算方法的不足，提供一种表贴焊点頂C热疲劳概率故障物理模型建立方法，它是一种直接通过焊接工艺参数及表贴焊点工作条件来确定表贴焊点可靠性相关参数的概率化方法(PPoF)。该方法考虑了焊接材料、焊接工艺、应力环境条件对焊料与焊盘之间形成的界面金属间化合物产生的分散性，最终计算获得表贴焊点的热疲劳寿命，建立表贴焊点的可靠度、平均失效前工作时间与焊点材料、焊接时间、焊接温度、工作时间、工作温度之间的关系，给出表贴焊点MC热疲劳概率故障物理模型，为准确评估表贴焊点可靠性提供方法，同时也为改进焊接工艺，改善表贴焊点工作条件，延长焊接电子产品寿命提供了依据。
[0005]2、技术方案:本发明是通过以下技术方案实现的，首先建立不同焊接工艺、表贴焊点工作条件下的MC生长模型；然后以MC厚度为桥梁，确定得到描述焊接工艺、表贴焊点工作条件与表贴焊点热疲劳寿命之间关系的概率故障物理模型，从而得到表贴焊点的可靠度及平均失效前工作时间。[0006]本发明一种表贴焊点MC热疲劳概率故障物理模型建立方法，其具体步骤如下:
[0007]步骤一:确定nc生长物理模型。MC生长物理模型指的是在基本物理、化学及试验回归公式的基础上，建立起来的定量反映MC厚度与表贴焊点材料、焊接时间、焊接温度、工作时间、工作温度这些影响因素之间的数学关系模型，主要包括:
[0008]a)制备表贴焊点:确定表贴封装对象为LCCC型电阻，焊接材料为63Sn37Pb共晶合金、焊接方法采用标准红外回流焊，焊接温度为233°C，焊接时间分别为50s，100s，150s，200s，250s，300s，且每个焊接时间下制备η个表贴焊点，该η个范围为5≤η≤30 ;
[0009]b)用扫描电子显微镜的图像采集功能对表贴焊点的MC部位进行图像采集，并用配套的图形分析软件测量界面IMC的厚度；
[0010]c)根据焊接工艺参数及其对应的IMC厚度进行描点画图，拟合成幂曲线；
[0011]d)根据拟合的幂曲线，确定MC生长物理模型；
[0012]步骤二:确定表贴焊点热疲劳寿命与MC厚度之间的物理模型，主要包括:
[0013]a)设计试验，确定不同IMC厚度表贴焊点的热疲劳寿命，将不同IMC厚度的表贴焊点进行热疲劳寿命试验，直到失效为止；
[0014]b)确定表贴焊点热疲劳寿命服从的分布类型；因MC生长而引起的表贴焊点热疲劳失效，其寿命近似服从关于MC厚度的双参数威布尔分布:
【权利要求】
1.一种表贴焊点MC热疲劳概率故障物理模型建立方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一:确定MC生长物理模型:MC生长物理模型指的是在基本物理、化学及试验回归公式的基础上，建立起来的定量反映MC厚度与表贴焊点材料、焊接时间、焊接温度、工作时间、工作温度这些影响因素之间的数学关系模型，包括: a)制备表贴焊点:确定表贴封装对象为LCCC型电阻，焊接材料为63Sn37Pb共晶合金、焊接方法采用标准红外回流焊，焊接温度为233°C，焊接时间分别为50s，100s，150s，200s，250s, 300s,且每个焊接时间下制备η个表贴焊点； b)用扫描电子显微镜的图像采集功能对表贴焊点的IMC部位进行图像采集，并用配套的图形分析软件测量界面IMC的厚度； c)根据焊接工艺参数及其对应的IMC厚度进行描点画图，拟合成幂曲线； d)根据拟合的幂曲线，确定MC生长物理模型； 步骤二:确定表贴焊点热疲劳寿命与MC厚度之间的物理模型，包括: a)设计试验，确定不同IMC厚度表贴焊点的热疲劳寿命，将不同IMC厚度的表贴焊点进行热疲劳寿命试验，直到失效为止； b)确定表贴焊点热疲劳寿命服从的分布类型；因IMC生长而引起的表贴焊点热疲劳失效，其寿命近似服从关于頂C厚度的双参数威布尔分布:
2.根据权利要求1所述的一种表贴焊点MC热疲劳概率故障物理模型建立方法，其特征在于:在步骤一中所述的“每个焊接时间下制备n个表贴焊点”，该n个范围为5≤n≤30。
【文档编号】G06F17/50GK103984835SQ201410238660
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】陈颖, 高蕾, 杨柳, 王自力 申请人:北京航空航天大学