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| 22III-T18 2022-08-MBU(陆毅刚) BGA焊点疲劳寿命预测.pdf |
BGA焊点断裂寿命预测 |
2022-08-09 16:20:56 2022-08-09 16:20:56 |
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BGA焊点断裂寿命预测
2022.08.09分析背景说明
近年来，随着电子设备的小型化和高密度安装，电子元件的焊接接头变得越来越精细，粘接形状也越来越多样化。 由于电子元件和印刷电路板的材料不同，焊接接头在温度波动时会因热变形量的差异而反复变形。 这种重复变形在焊点表面产生疲劳和撕裂，在焊点内部逐渐发展，导致焊点接头断裂。
传统上，焊接接头的断裂寿命是利用耐久性测试中检查的断裂寿命与模拟疲劳裂纹发生预测次数之间的相关性来估计的。 然而，这种方法需要对焊点的每个尺寸和形状进行耐久性测试，这需要一段时间和成本来测量寿命。 为了缩短开发时间并提升准确性，需要能够定量预测各种焊点形状的断裂寿命的仿真技术。
焊点的疲劳和裂纹扩展行为在测试件水平方向上测量，并基于非线性断裂力学进行，但当基于非线性断裂力学的仿真方法应用于焊点时，存在实际问题，如创建分析模型的复杂性。 因此，我们开发出一种基于焊接接头每个位置累积的损伤的疲劳裂纹模拟方法（以下简称累积损坏模型）。
然而，累积损伤模型存在疲劳裂纹扩展寿命取决于裂纹顶部的单元尺寸的问题，仅通过仿真无法定量确定断裂寿命。 因此，我们设计了一种根据裂纹顶部应变奇异场理论计算单元尺寸依赖性的校正系数的方法（以下简称修正累积损伤模型），从而允许定量的断裂寿命预测。 本报告以定量断裂寿命为实例，介绍了用焊点试验片进行室温疲劳裂纹扩展试验和两种BGA（球网格阵列）焊点接头温度循环试验的仿真结果。
定量断裂寿命的预测方法
首先，描述断裂寿命取决于单元尺寸的累积损坏模型。 此技术根据材料的应变计算累积损坏，以预测疲劳和撕裂。 使用mechanical分析软件 进行应变分析，使用内部开发的分析工具计算累积损坏。
图 1 说明了累积损坏模型的步骤。 首先，将分析对象中允许疲劳裂纹发生的覆盖区域划分为相同尺寸的单元，并对每个单元进行编号。 分析模型由通用预处理器创建。 然后，将表示每个单元损坏的函数 fi 设置为默认值 0。 下标 i 是单元编号。 函数 fi 因每个单元的累积损坏而增加，当值为 1 时，该单元将被删除。
图一、累积损坏模型的步骤
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