【正文】 法﹐ 根據(jù)斷裂力學(xué)理論﹐焊點(diǎn)壽命分為裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展階段﹑因此﹐許多研究工作中采用如下的經(jīng)驗(yàn)方程描述裂紋擴(kuò)展規(guī)律﹕ 其中﹐Δ H為裂紋擴(kuò)展的斷裂力學(xué)判據(jù)﹐可能是應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子Δ K﹑ J積分或循環(huán)塑性功密度度Δ WP,C,m為描述裂紋擴(kuò)展阻力的經(jīng)驗(yàn)參數(shù) . 應(yīng)用上述方程預(yù)測(cè)結(jié)果可以得到試驗(yàn)驗(yàn)證 ,但是由于預(yù)測(cè)模型的建立未考慮金屬學(xué)因素 ,同時(shí)采用 J積分作為判據(jù) 應(yīng)用于循環(huán)載荷條件受到限制 .因此基于斷裂力學(xué)進(jìn)行 SMT焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)仍在探討中 . 3．體積平均法 1997年﹐ Akay等人系統(tǒng)研究了 SMT焊點(diǎn)熱循環(huán)壽命的影響因素認(rèn)為﹐ 焊點(diǎn)失效是各部分綜合作用的結(jié)果﹐局部的高應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變范圍會(huì)隨著網(wǎng)格密度不同而變化﹐同時(shí)﹐應(yīng)力應(yīng)變的周期變化以及平均輻值對(duì)焊點(diǎn)疲勞都有影響﹐因此以一個(gè)熱循環(huán)中焊點(diǎn)內(nèi)高應(yīng)變處的應(yīng)變范圍作為焊點(diǎn)的疲勞壽命判據(jù)的方法不能很好預(yù)測(cè)焊點(diǎn)疲勞壽命。 Bilgic等人提出了預(yù)測(cè)焊點(diǎn)疲勞壽命的體積平均法﹐即通過計(jì)算一個(gè)熱循環(huán)中焊點(diǎn)內(nèi)平均單元體積的應(yīng)變能﹐求解出整個(gè)焊點(diǎn)的應(yīng)變能作為判據(jù)﹐預(yù)測(cè)焊點(diǎn)的疲勞壽命﹐其通過實(shí)驗(yàn)給出的焊點(diǎn)疲勞壽命預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)公式如下﹕ W0,K疲勞系數(shù)﹐ Wav平均單元體積能量﹐ V單元體積。 采用的經(jīng)驗(yàn)公式仍采用 MansonCoffin方程形式﹐但以材料循環(huán)中存儲(chǔ)的不可逆應(yīng)變能作為焊點(diǎn)失效判據(jù)﹐是對(duì) Vavnman及 。 Akay等人針對(duì) LCCC焊點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究﹐對(duì) Bilgic方程中 的材料參數(shù)進(jìn)行了修正。 SMT焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與焊點(diǎn)可靠性分析集成優(yōu)化的研究 改善 SMT焊點(diǎn)形態(tài)是提高焊點(diǎn)可靠性的重要途徑﹐只有集成焊點(diǎn)形成與焊點(diǎn)可靠性分析理論﹐在形態(tài)模型的基礎(chǔ)上﹐進(jìn)一步進(jìn)行焊點(diǎn)可靠性分析﹐系統(tǒng)考察工藝參數(shù)對(duì)焊點(diǎn)形態(tài)﹑焊點(diǎn)疲勞壽命的影響規(guī)律﹐并能指導(dǎo)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)踐﹐關(guān)于焊點(diǎn)形式和焊點(diǎn)可靠性分析的理論才具有實(shí)用階值。 然而﹐在以往的研究工作中﹐對(duì)焊點(diǎn)形成和焊點(diǎn)可靠性研究有許多文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)﹐而關(guān)于其集成研究卻很少﹐直到 96年﹐ [127133]提出了一種系統(tǒng) 預(yù)測(cè) BGA﹑ FP焊點(diǎn)形態(tài)及疲勞壽命的自動(dòng)化方法﹐開創(chuàng)了焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與可靠性分析集成的新局面。 根據(jù) BGA﹑ FP焊點(diǎn)幾何對(duì)稱的特點(diǎn)﹐建立了類似柱坐標(biāo)的 CAD系統(tǒng)﹐給出表面單元的形函數(shù)﹐并可由焊點(diǎn)表面網(wǎng)格直接生成焊點(diǎn)內(nèi)部網(wǎng)格。因此﹐根據(jù)表面單元函數(shù)﹐描述焊點(diǎn)表面輪廓 曲線為鉛料球直徑及焊盤直徑的二元函數(shù)﹐建立在表面張力﹑重力及外作用力下的系統(tǒng)能量 方程﹐求解系統(tǒng)能量最小的時(shí)焊點(diǎn)形態(tài)﹐在形態(tài)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上﹐由焊點(diǎn)內(nèi)部網(wǎng) 格﹐進(jìn)行焊點(diǎn)的力學(xué)分析﹐與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合預(yù)測(cè)了焊點(diǎn)的疲勞壽命。 Despands等人繼續(xù)發(fā)展了這種 CAD集成方法﹐分別用線形回歸迭代及人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)形態(tài)的優(yōu)化設(shè)計(jì)﹐圖 12是基于形態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)結(jié)果﹐可找到最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的鉛料球直徑﹑焊盤直徑﹐從而得到最佳焊點(diǎn)形態(tài)。 但是﹐這種焊點(diǎn)形態(tài)優(yōu)化方法只局限于 BGA﹑ FC等軸對(duì)稱焊點(diǎn)﹐對(duì)于表面形態(tài)較復(fù)雜的焊點(diǎn)仍無能為力。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)基于能量最小原理和鉛料的有限鋪展條件 ﹐發(fā)展了 Golamann 等人的參數(shù)有限元法﹐建立了 LCCC焊點(diǎn)三維形態(tài)模型﹐采用有限 元分析軟件 Surface Evolver對(duì) SMT焊點(diǎn)三維形態(tài)進(jìn)行了計(jì)算。并建立相應(yīng)的力學(xué)模型﹐進(jìn)行焊點(diǎn)可靠性分析﹐力求使 SMT焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與焊點(diǎn)可靠性分析相結(jié)合。圖 13是其針對(duì)預(yù)測(cè)的焊點(diǎn)力學(xué)分析模型。盡管這項(xiàng)研究工作使 LCCC焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與可靠性分析相聯(lián)系﹐較以往的僅對(duì) BGA等軸對(duì)稱焊點(diǎn)形態(tài)與可靠性集成研究有所進(jìn)步﹐但因其力學(xué)模型是建立在對(duì)焊點(diǎn)形態(tài)模型的近似構(gòu)造基礎(chǔ)上﹐網(wǎng)格劃分與調(diào)整﹐需要手工進(jìn)行﹐距離焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與可靠性分析的有效集成仍存在較大差距。 3．研究局限與展望 回顧上述關(guān)于 SMT焊點(diǎn)形態(tài)的焊點(diǎn) 可靠性研究工作﹐在形態(tài)預(yù)測(cè)方面﹐在數(shù)學(xué)模型的建立及發(fā)展上取得了很多成績﹐但這些模型的建立多針對(duì)具體的問題﹐因此應(yīng)用中局限于局部特殊焊點(diǎn)的形態(tài)預(yù)測(cè)﹐尤其是焊點(diǎn)三維形態(tài)模型﹐僅針對(duì) PBGA等軸對(duì)稱﹐且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的焊點(diǎn)的形態(tài)預(yù)測(cè)較成熟。對(duì)于其它較復(fù)雜的焊點(diǎn)如 LCCC焊點(diǎn)﹐多采用基于最小能量原理的有限元方法﹐在邊界約束﹑能量約束的建立方面仍存在問題。此外﹐模型的應(yīng)用過程中﹐初始數(shù)據(jù)文件的建立﹐計(jì)算過程的控制﹑結(jié)果分析需要依賴專家進(jìn)行﹐因此使用上受到限制。 焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與焊點(diǎn)可靠性理論分析尚未友好集成﹐因?yàn)椹o一方面﹐焊 點(diǎn)力學(xué)模型與焊 點(diǎn)形態(tài)模型不統(tǒng)一﹐即進(jìn)行焊點(diǎn)力學(xué)性能分析時(shí)﹐需要用戶重新構(gòu)造力學(xué)模型﹔另一方面﹐ 在傳統(tǒng)大型有限元軟件中﹐ SnPb鉛料粘塑性本構(gòu)關(guān)系尚無成型描述﹐需要有經(jīng)驗(yàn)的用戶建立。 因此﹐基于 SMT焊點(diǎn)形態(tài)的焊點(diǎn)可靠性研究有必要從以下幾方面進(jìn)行努力﹕ (1) 從系統(tǒng)研究角度出發(fā)﹐對(duì)于復(fù)雜焊點(diǎn)﹐建立焊點(diǎn)形態(tài)模型﹐并統(tǒng)一焊點(diǎn)形態(tài)模型于一種方法如有限元方法中﹐給出一種方便有效的預(yù)測(cè)分析途徑﹔ (2) 焊點(diǎn)形態(tài)研究與焊點(diǎn)可 靠性研究相結(jié)合﹐建立完善的焊點(diǎn)形態(tài)理論體系﹔ (3) 建立實(shí)用化 SMT焊點(diǎn)形態(tài)預(yù)測(cè)與控制系統(tǒng)﹐利于工程實(shí)踐。