一種表貼焊點(diǎn)imc熱疲勞概率故障物理模型建立方法
【專利摘要】一種表貼焊點(diǎn)IMC熱疲勞概率故障物理模型建立方法，步驟如下：一、確定IMC生長(zhǎng)物理模型；二、確定表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命與IMC厚度之間的物理模型；三、確定IMC厚度分布的概率密度函數(shù)μ(δ)；經(jīng)以上三個(gè)步驟，通過(guò)界面金屬間化合物即IMC這個(gè)紐帶，直接建立表貼焊點(diǎn)可靠性與表貼焊點(diǎn)加工工藝、工作條件之間的函數(shù)關(guān)系，考慮到IMC厚度的分散性，對(duì)不同產(chǎn)品或者相同產(chǎn)品的不同批次進(jìn)行了離散化處理，給出表貼焊點(diǎn)IMC熱疲勞概率故障物理模型。本發(fā)明直接建立了表貼焊點(diǎn)可靠性與工藝條件之間的關(guān)系，為改進(jìn)生產(chǎn)焊接工藝，改善表貼焊點(diǎn)工作環(huán)境，延長(zhǎng)表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命，提高焊接電子產(chǎn)品可靠性提供了依據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種表貼焊點(diǎn)IMC熱疲勞概率故障物理模型建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種表貼焊點(diǎn)MC熱疲勞概率故障物理模型建立方法，它是通過(guò)研究焊接界面金屬間化合物(no厚度與焊接工藝、表貼焊點(diǎn)工作條件之間的關(guān)系，建立考慮IMC的表貼焊點(diǎn)在工作過(guò)程中的熱疲勞概率故障物理模型，為評(píng)估表貼焊點(diǎn)的可靠性提供依據(jù)，屬于基于故障物理的可靠性評(píng)估【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在電子封裝技術(shù)中，互連焊點(diǎn)起著傳遞信號(hào)、提供散熱途徑、連接和支撐電子元器件和電路板的作用，其可靠性極為關(guān)鍵。焊點(diǎn)的失效可能會(huì)引起一個(gè)裝置或者整臺(tái)設(shè)備無(wú)法正常工作。而作為焊點(diǎn)的連接材料和重要成分，IMC成為影響焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵因素。適量的IMC可以起到提高接頭強(qiáng)度、增強(qiáng)接頭連接性能、潤(rùn)濕焊料及阻礙焊料擴(kuò)散、氧化的作用；IMC厚度太薄，電子元件與電路板之間的結(jié)合就不牢靠；IMC太厚或者分布不均勻，其脆性會(huì)引發(fā)裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，焊點(diǎn)壽命下降。因此IMC是焊點(diǎn)可靠性、元器件可靠性乃至電子產(chǎn)品可靠性的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，IMC的影響因素及其對(duì)焊點(diǎn)熱疲勞壽命的影響被提到了研究的前沿。
[0003]目前在材料科學(xué)領(lǐng)域，很多學(xué)者利用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀、圖像處理軟件這些先進(jìn)技術(shù)對(duì)不同條件下MC的形貌結(jié)構(gòu)及厚度變化進(jìn)行了觀察、對(duì)比和分析，對(duì)MC的產(chǎn)生和生長(zhǎng)行為及其影響因素已有較深入的探索。在焊點(diǎn)的可靠性方面，則多是基于試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行定性的闡述及微觀成分的分析，缺少定量的物理模型，尤其是焊接工藝及焊點(diǎn)工作條件與焊點(diǎn)壽命的直接關(guān)系模型，對(duì)于焊點(diǎn)熱疲勞壽命的分散性也考慮較少。國(guó)內(nèi)外尚未形成建立焊點(diǎn)壽命分布參數(shù)與工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的直接關(guān)系，即考慮IMC的焊點(diǎn)熱疲勞概率故障物理模型的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]1、目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命計(jì)算方法的不足，提供一種表貼焊點(diǎn)頂C熱疲勞概率故障物理模型建立方法，它是一種直接通過(guò)焊接工藝參數(shù)及表貼焊點(diǎn)工作條件來(lái)確定表貼焊點(diǎn)可靠性相關(guān)參數(shù)的概率化方法(PPoF)。該方法考慮了焊接材料、焊接工藝、應(yīng)力環(huán)境條件對(duì)焊料與焊盤之間形成的界面金屬間化合物產(chǎn)生的分散性，最終計(jì)算獲得表貼焊點(diǎn)的熱疲勞壽命，建立表貼焊點(diǎn)的可靠度、平均失效前工作時(shí)間與焊點(diǎn)材料、焊接時(shí)間、焊接溫度、工作時(shí)間、工作溫度之間的關(guān)系，給出表貼焊點(diǎn)MC熱疲勞概率故障物理模型，為準(zhǔn)確評(píng)估表貼焊點(diǎn)可靠性提供方法，同時(shí)也為改進(jìn)焊接工藝，改善表貼焊點(diǎn)工作條件，延長(zhǎng)焊接電子產(chǎn)品壽命提供了依據(jù)。
[0005]2、技術(shù)方案:本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，首先建立不同焊接工藝、表貼焊點(diǎn)工作條件下的MC生長(zhǎng)模型；然后以MC厚度為橋梁，確定得到描述焊接工藝、表貼焊點(diǎn)工作條件與表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命之間關(guān)系的概率故障物理模型，從而得到表貼焊點(diǎn)的可靠度及平均失效前工作時(shí)間。[0006]本發(fā)明一種表貼焊點(diǎn)MC熱疲勞概率故障物理模型建立方法，其具體步驟如下:
[0007]步驟一:確定nc生長(zhǎng)物理模型。MC生長(zhǎng)物理模型指的是在基本物理、化學(xué)及試驗(yàn)回歸公式的基礎(chǔ)上，建立起來(lái)的定量反映MC厚度與表貼焊點(diǎn)材料、焊接時(shí)間、焊接溫度、工作時(shí)間、工作溫度這些影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，主要包括:
[0008]a)制備表貼焊點(diǎn):確定表貼封裝對(duì)象為L(zhǎng)CCC型電阻，焊接材料為63Sn37Pb共晶合金、焊接方法采用標(biāo)準(zhǔn)紅外回流焊，焊接溫度為233°C，焊接時(shí)間分別為50s，100s，150s，200s，250s，300s，且每個(gè)焊接時(shí)間下制備η個(gè)表貼焊點(diǎn)，該η個(gè)范圍為5≤η≤30 ;
[0009]b)用掃描電子顯微鏡的圖像采集功能對(duì)表貼焊點(diǎn)的MC部位進(jìn)行圖像采集，并用配套的圖形分析軟件測(cè)量界面IMC的厚度；
[0010]c)根據(jù)焊接工藝參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的IMC厚度進(jìn)行描點(diǎn)畫圖，擬合成冪曲線；
[0011]d)根據(jù)擬合的冪曲線，確定MC生長(zhǎng)物理模型；
[0012]步驟二:確定表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命與MC厚度之間的物理模型，主要包括:
[0013]a)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定不同IMC厚度表貼焊點(diǎn)的熱疲勞壽命，將不同IMC厚度的表貼焊點(diǎn)進(jìn)行熱疲勞壽命試驗(yàn)，直到失效為止；
[0014]b)確定表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命服從的分布類型；因MC生長(zhǎng)而引起的表貼焊點(diǎn)熱疲勞失效，其壽命近似服從關(guān)于MC厚度的雙參數(shù)威布爾分布:
【權(quán)利要求】
1.一種表貼焊點(diǎn)MC熱疲勞概率故障物理模型建立方法，其特征在于:該方法具體步驟如下: 步驟一:確定MC生長(zhǎng)物理模型:MC生長(zhǎng)物理模型指的是在基本物理、化學(xué)及試驗(yàn)回歸公式的基礎(chǔ)上，建立起來(lái)的定量反映MC厚度與表貼焊點(diǎn)材料、焊接時(shí)間、焊接溫度、工作時(shí)間、工作溫度這些影響因素之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，包括: a)制備表貼焊點(diǎn):確定表貼封裝對(duì)象為L(zhǎng)CCC型電阻，焊接材料為63Sn37Pb共晶合金、焊接方法采用標(biāo)準(zhǔn)紅外回流焊，焊接溫度為233°C，焊接時(shí)間分別為50s，100s，150s，200s，250s, 300s,且每個(gè)焊接時(shí)間下制備η個(gè)表貼焊點(diǎn)； b)用掃描電子顯微鏡的圖像采集功能對(duì)表貼焊點(diǎn)的IMC部位進(jìn)行圖像采集，并用配套的圖形分析軟件測(cè)量界面IMC的厚度； c)根據(jù)焊接工藝參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的IMC厚度進(jìn)行描點(diǎn)畫圖，擬合成冪曲線； d)根據(jù)擬合的冪曲線，確定MC生長(zhǎng)物理模型； 步驟二:確定表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命與MC厚度之間的物理模型，包括: a)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，確定不同IMC厚度表貼焊點(diǎn)的熱疲勞壽命，將不同IMC厚度的表貼焊點(diǎn)進(jìn)行熱疲勞壽命試驗(yàn)，直到失效為止； b)確定表貼焊點(diǎn)熱疲勞壽命服從的分布類型；因IMC生長(zhǎng)而引起的表貼焊點(diǎn)熱疲勞失效，其壽命近似服從關(guān)于頂C厚度的雙參數(shù)威布爾分布:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表貼焊點(diǎn)MC熱疲勞概率故障物理模型建立方法，其特征在于:在步驟一中所述的“每個(gè)焊接時(shí)間下制備n個(gè)表貼焊點(diǎn)”，該n個(gè)范圍為5≤n≤30。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103984835SQ201410238660
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】陳穎, 高蕾, 楊柳, 王自力 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)