[發明專利]一種電子元器件通孔插裝工藝應力損傷仿真分析方法

在審

• 申請號: 202010032398.2
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111859723A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張素娟;榮珂伊;李顏若玥;萬博;付桂翠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種電子元器件通孔插裝工藝應力損傷仿真分析方法，其特征在于：基于PFMECA的理論，研究通孔插裝工藝過程引入應力所導致失效的失效模式和失效機理，建立針對焊點和PCB板的應力仿真模型，得到通孔插裝工藝中風險級最高工藝因素，分析工藝過程引入的應力損傷對整個電子組件的影響，提供評價電子組件可靠性、預計電子組件壽命的技術基礎。該方法具體步驟如下：

步驟一：通孔插裝工藝過程應力應變關鍵影響因素分析；

步驟二：確定仿真參數；

步驟三：通孔插裝器件模型建立及簡化；

步驟四：工藝溫度應力仿真分析；

步驟五：仿真模型驗證；

步驟六：仿真模型修正；

步驟七：工藝過程應力損傷失效機理分析。

2.根據權利要求1所述的一種電子元器件通孔插裝工藝應力損傷仿真分析方法，其特征在于：在步驟一中所述的基于PFMECA理論，對通孔插裝工藝過程進行工序分解并分別進行PFMECA分析，通過所得PFMECA分析表確定通孔插裝工藝過程應力應變關鍵影響因素，其具體過程如下：

通孔插裝元器件工藝流程有元器件插裝、預涂助焊劑、預熱、無鉛波峰焊接、清洗、冷卻檢查等。裝配過程涉及到的儀器設備主要有自動插裝機、波峰焊焊接機器、清洗和檢查設備等。在所有工序中，對其最終的產品工藝質量影響較大的有三個工藝流程，分別為元器件插裝、波峰焊接和清洗這三個工序。對這三個重要的工序進行細化分析得到三個重要工序的工藝流程表。

針對上述所得三個重要工序流程展開PFMECA分析，確定插裝工藝重要工序中的失效模式和原因；對失效會造成的對下道工序、組件本身和整個產品的影響進行分析；找出工藝過程中引發失效的主要因素；參考嚴酷度、風險度、發生度等級表評價其風險優先度；給出改進措施；完成最終的PFMECA表。對PFMECA表的結果進行分析，確定通孔插裝工藝過程應力應變關鍵影響因素，將分析所得關鍵因素作為后續仿真分析的輸入。

3.根據權利要求1所述的一種電子元器件通孔插裝工藝應力損傷仿真分析方法，其特征在于：在步驟二中所述的通過對焊點內部壓力進行受力分析，得到焊點結構實體建模的關鍵參數。其具體過程如下：

建立實體模型所需參數有焊點結構參數、材料參數和輸入載荷等參數。焊點結構參數(焊錫與引腳夾角、焊錫與PCB板夾角、焊錫高度等)可以通過對焊錫內外壓力的受力分析得到，材料參數包括導熱率、比熱容、泊松比、楊氏模量、密度等，可以通過相關標準及器件廠家反饋的數據得到，輸入載荷需調研具體工藝確定其載荷隨時間變化的曲線和加載方式，具體參數的選擇按手中器件實物情況確定。

4.根據權利要求1所述的一種電子元器件通孔插裝工藝應力損傷仿真分析方法，其特征在于：在步驟三中所述的分別完成焊點結構的仿真建模并簡化。其具體過程如下：

首先選擇相應的器件結合所得形狀參數建立幾何模型，確定器件的尺寸大小、空間位置及構件間的位置關系，一般在工程軟件中(如SolidWorks軟件)中直接搭建。

其次在仿真軟件中導入幾何模型，對其材料參數、接觸方式等進行設置。材料參數包括材料的導熱率、比熱容、泊松比、楊氏模量、密度等，接觸方式根據實際情況設定。此時建立的復雜模型能夠充分反映焊點結構的形態和器件直接的相互作用關系。

對建立的模型進行簡化。包括走線簡化，器件引腳簡化，器件形狀簡化及輸入載荷簡化等。首先，由于每個電路板的走線狀況并不一致，所選的器件也是隨機選取通用器件，并不能組成完整功能電路，所以假設電路板上無走線，只放置器件而不實現其連線后的功能。其次，所選器件引腳不同部位的直徑不一致，導致網格劃分的精準度降低，但考慮到除焊接處以外多余的引腳部位對應力應變影響微小，故將器件的引腳統一設置為焊接部位相同的直徑。再次，由于器件除引腳外部位與PCB板和焊點處并無接觸，無法對連接結構處的應力應變情況造成影響，故為了簡化模型方便計算，將所選器件均設置為長寬高相近、材料相同的長方體與引腳相連。最后，參考步驟二中所得輸入載荷參數，由于工藝過程中載荷變化難以用函數表達，故將其簡化為幾段線性變化的連續載荷曲線。