[发明专利]一种多应力耦合作用下电路板互连部位加速因子计算方法

说明书

本发明公开一种多应力耦合作用下电路板互连部位加速因子计算方法，具体步骤如下：步骤一：计算温度循环和随机振动耦合作用下焊点寿命；步骤二：计算温度循环、随机振动和湿度耦合应力下的寿命；步骤三：计算温度循环、随机振动、湿度和电应力耦合应力下的寿命；步骤四：计算电路板上互连焊点的加速因子。本发明方法形成了温度、随机振动耦合在先，湿度、电应力耦合在后的损伤累加原则，从而对互连焊点在多应力耦合作用下寿命进行计算；本发明能够在电子产品的可靠性评估阶段，综合计算电路板在多应力耦合作用下的互连部位焊点的加速因子，同时选择加速耦合应力条件，从而为电子产品的加速寿命评估提供依据。

技术领域

本发明提供一种多应力耦合作用下电路板互连部位加速因子计算方法，特别是涉及一种基于多应力顺序非线性累加关系的电路板互连部位加速因子计算方法，属于基于故障物理的可靠性评估与加速试验设计技术领域。

背景技术

电子封装微互连技术正在向小型化，高密度方向快速发展，微焊点不仅起着电气和机械连接的作用，还提供了散热的途径，在可靠性方面，互连部位是电子产品的薄弱环节。大量的工程实践表明，在不考虑偶然因素造成的元器件失效因素外，电子产品电路板或者芯片内部互连部位发生故障的时间会早于其他的故障机理，因此微焊点的可靠性显得尤为重要。在复杂的工作条件下，焊点常受到温度、振动、湿度、电应力等的综合作用，故障机理多样，在多应力耦合作用下，其寿命较单一应力作用有明显的减小。工程上预测电子产品互连焊点的可靠性通常采用基于故障物理模型的预测方法以及基于加速寿命试验的评估方法。后者是提高应力量值，获得高应力下焊点寿命，之后利用通过加速因子折算成焊点在正常应力下的真实寿命。因此，如何在多应力耦合作用下获得焊点的加速因子就成为准确的评估焊点寿命的关键问题。

焊点的加速因子定义为高应力下焊点寿命与正常应力下焊点寿命之比。不论是在高应力还是正常应力下，焊点的寿命都要通过物理模型来获得。通过对相关领域文献检索发现，焊点在温度与湿度耦合条件下、温度与电载荷耦合条件下分别会产生腐蚀和电迁移故障机理，对于腐蚀和电迁移故障机理的物理模型和加速因子计算方法已经比较成熟，但是对于温度、湿度、振动、电四种应力耦合作用下焊点加速因子的计算还没有相应的方法。通过对现有技术的查新和检索，国内外尚无利用损伤累加关系原理，本发明提供一种通过确定焊点在温度、湿度、振动、电四种应力耦合关系与损伤累加关系来计算多应力耦合作用下电路板上焊点加速因子的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有焊点加速因子计算方法的不足，提供一种多应力耦合作用下电路板互连部位加速因子计算方法，该方法是一种基于温度、湿度、振动、电四种应力下电路板上焊点的故障机理与损伤原理，基于修正的线性累加方法，分别对温度循环、随机振动、湿度和电应力进行顺序的损伤累加，从而获得焊点在综合应力下的故障物理模型，实现加速因子的计算。这种方法能够在利用故障物理的方法较为准确的计算加速因子，为准确评估电子产品薄弱环节寿命提供依据。

本发明是通过以下技术方案实现的，首先确定电路板上各类封装元器件在温度循环和随机振动耦合作用下的损伤累加公式，并计算这两种条件耦合作用下焊点疲劳裂纹扩展的寿命；其次确定温度循环、随机振动与湿度耦合作用下的损伤累加公式以及寿命计算方法；第三确定温度循环、随机振动、湿度与电应力四种应力条件耦合作用下的损伤累加公式以及寿命计算方法，最后，确定四种应力耦合条件下电路板上焊点加速因子和应力组合条件。

电路板上的元器件，通过不同的互连方式形成板级互连，其中包括球栅阵列封装的元器件，其他表贴封装类型的元器件和插装元器件。给定电路板在正常工作情况下的温度循环、随机振动、湿度以及电应力剖面或者量值，以及r种电路板加速条件下的温度循环、随机振动、湿度以及电应力的耦合情况，即为r种加速耦合应力水平，分别计算正常耦合应力条件及r种加速耦合应力水平下焊点的寿命，进而计算加速因子。本发明一种多应力耦合作用下电路板互连部位加速因子计算方法，其具体步骤如下：

步骤一：计算温度循环和随机振动耦合作用下焊点寿命，计算公式为：