考虑温循载荷顺序加载影响的bga焊点热疲劳寿命预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及考虑不同温度循环载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测方 法，属于失效物理技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着电子封装技术的不断发展，应用电子产品的领域日益广阔，电子产品使用过 程中所遭受的环境条件愈加复杂、恶劣，可能出现环境突变、工作模式变换等情况，使电子 产品处于载荷顺序加载的载荷条件下。BGA焊点（球栅阵列封装焊点）作为保障电子产品 可靠性的关键环节，其疲劳寿命的预测评估对产品而言具有重要意义。然而，对于焊点疲劳 中最主要的热疲劳，现有温度循环条件下的寿命预测模型不能考虑加载条件变化时载荷顺 序的影响，而应用Miner理论进行线性累积结果会有较大误差，相应的研宄工作又十分有 限，没有便于应用的成熟方法。
[0003] 鉴于此，需要研宄不同温度循环载荷顺序加载对焊点的疲劳寿命的影响，提出考 虑该影响的改进寿命预测模型，进而形成一种考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲 劳寿命预测方法。在总结已有焊点疲劳寿命预测模型及累计损失理论的基础上，结合相关 试验数据，分析了温循载荷顺序加载对焊点疲劳寿命的影响，并构建了考虑该影响的疲劳 寿命预测模型，进而应用试验数据与Miner理论预测结果进行了分析验证，最终提出了一 种考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是：提供一种考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预 测方法，提高温循载荷顺序加载下BGA焊点热疲劳寿命预测结果的准确性。
[0005] 首先引入七个定义。
[0006] 定义1 :温循载荷顺序加载：指不同温循载荷条件按照某种顺序和循环时间依次 加载的载荷条件。
[0007] 定义2:Darveaux模型：Darveaux针对BGA封装，将试验测得的低周疲劳裂纹萌芽 及生长率和非弹性功联系起来，提出的基于损伤累积的能量模型。
[0008] 定义3:Miner理论：Palmgren-Miner线性累积损伤准则。
[0009] 本发明的技术方案：分析温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响；构建 考虑温循载荷顺加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测模型；提出考虑温循载荷顺序加载影 响的BGA焊点热疲劳寿命预测模型参数拟合方法；应用试验数据并与Miner理论结果对照， 进行上述模型的分析验证；结合分析结果，完成考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热 疲劳寿命预测方法的构建。
[0010] 本发明是一种考虑温循载荷顺加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测方法，其步骤 如下：
[0011] 步骤1，根据试验数据，分析温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响及原 因；
[0012] 步骤2,根据温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响并参考Paris公式 对Darveaux模型进行改进，构建考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测模 型；
[0013] 步骤3,结合模型特点，确定考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预 测模型中各参数的拟合确定方法；
[0014] 步骤4,利用试验数据进行考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预 测模型的分析验证，分别进行单温度循环载荷下与Darveaux模型疲劳寿命预测结果的对 照分析，以及温循载荷顺序加载下与Miner理论疲劳寿命预测结果的对照分析；
[0015] 步骤5,在上述工作的基础上，完成考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳 寿命预测方法的构建。
[0016] 其中，在步骤1中所述的"温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响及原 因"，温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响为：当温循载荷由高到低顺序加载 时，BGA焊点热疲劳试验中测得的疲劳寿命比Miner理论预测的疲劳寿命短，而当温循载荷 由低到高顺序加载时，试验测得的疲劳寿命比Miner理论预测的疲劳寿命长；产生上述影 响的原因为：焊点热疲劳失效的早期，焊点内部受滑移带形成、塑形变形的影响会产生循环 软化现象，从而降低热不匹配产生的应力，延缓焊点热疲劳发展，并且在温循载荷条件较低 的情况下该现象更为显著，另外较低的载荷条件能够缓解细微缺陷，而较高的载荷条件会 加剧细微缺陷的演化，促进焊点裂纹的形成，综上不同温循载荷顺序加载会对焊点热疲劳 寿命广生不同影响。
[0017] 其中，在步骤2中所述的"根据温循载荷顺序加载对BGA焊点热疲劳寿命的影响并 参考Paris公式对Darveaux模型进行改进"，改进内容为：将Darveaux模型裂纹扩展阶段 中描述的平均裂纹扩展速率改为与循环数相关的瞬时裂纹扩展速率，引入与承受载荷条件 相关的载荷因子以及与裂纹萌生阶段承受载荷历史相关的状态因子。
[0018]其中，在步骤3中所述的"各参数的拟合确定方法"，拟合确定方法为：裂纹萌生阶 段相关参数直接采用Darveaux模型裂纹萌生阶段相关参数，裂纹扩展阶段相应的载荷因 子和状态因子采用利用试验数据拟合的方法确定。
[0019] 其中，在步骤4中所述的"以及温循载荷顺序加载下与Miner理论疲劳寿命预测结 果的对照分析"，其中温循载荷顺序加载为：焊点在低温循载荷条件下循环一定周期数后加 载高温循载荷条件直至焊点失效以及高温循载荷条件下循环一定周期数后加载低温循载 荷条件直至焊点失效。
[0020] 其中，在步骤5中所述的"完成考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命 预测方法的构建"，该寿命预测方法包括：假设适用条件、考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测模型以及模型中相关参数的确定方法。
[0021] 本发明与现有技术相比有如下优点：
[0022] 第一，本发明考虑温循载荷顺序加载对BGA焊点疲劳寿命的影响，相应载荷条件 下应用本方法得出的BGA焊点热疲劳寿命与传统方法相比更符合实际结果、更为准确。
[0023] 第二，本发明给出了考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测方法 实施应用细节，具有工程应用价值。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明所述的考虑温循载荷顺序加载影响的BGA焊点热疲劳寿命预测方法 流程图；
[0025] 图2为温循载荷条件1到温循载荷条件2顺序加载下裂纹扩展循环数与裂纹长度 关系不意图；
[0026] 图3为焊点裂纹长度与裂纹扩展循环数关系示意图；
[0027] 图4为-55e125°C/30min条件下，考虑温循载荷顺序加载影响的热疲劳模型和 Darveaux模型裂纹扩展循环数与裂纹长度拟合结果对照图；
[0028] 图