[發明專利]一種陶瓷焊柱陣列的熱疲勞壽命優化方法

有效

• 申請號: 202011173256.4
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112287582B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 董剛;李依依;郝飛飛;朱樟明;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F111/04;G06F119/02;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種陶瓷焊柱陣列的熱疲勞壽命優化方法，其特征在于，包括如下：

(1)根據基于陶瓷焊柱陣列CCGA的系統級封裝SIP結構，在PROE軟件中建立該結構的參數化幾何模型，并將該幾何模型導入ANSYS軟件中添加材料參數，通過Anand本構模型描述CCGA所使用材料的力學行為，加載約束以及多周期的溫度循環載荷，且每個周期高低溫駐留階段的時間相等，升降溫階段的時間相等，形成初始有限元模型；

(2)計算初始有限元模型中CCGA的等塑性應變范圍值A，通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型計算初始有限元模型中CCGA的熱疲勞壽命L；

(3)選取對CCGA熱疲勞壽命有影響的因素，包括材料屬性、幾何結構；

(4)通過仿真軟件對所選因素進行參數化，得到各因素對于CCGA熱疲勞壽命的靈敏度，并選取靈敏度排列靠前的N個因素作為關鍵因素，N為大于2的整數；

(5)在實際工程所允許的范圍內選取各關鍵因素的參數，且每個關鍵因素選取的參數個數相同；

(6)根據各關鍵因素和其對應參數建立正交試驗表；

(7)根據正交試驗表建立相應的有限元模型，并進行仿真，得到正交試驗表中每組試驗的CCGA的等塑性應變范圍值A_k并填入正交試驗表中，再通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型計算正交試驗表中每組試驗的CCGA的熱疲勞壽命L_k填入正交試驗表中；

(8)計算正交試驗表中每組試驗的信噪比SNR，根據信噪比SNR計算不同關鍵因素在不同參數下的信噪比平均值M_ij，選取各關鍵因素信噪比平均值最大的參數，得到最優因素組合；

(9)將最優因素組合代入仿真模型，計算最優因素組合仿真模型中CCGA的等效塑性應范圍值A'，并通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型計算最優因素組合仿真模型中CCGA的熱疲勞壽命L'；

(10)將初始有限元模型中CCGA的熱疲勞壽命L與最優因素組合仿真模型中CCGA的熱疲勞壽命L'進行對比：

若L'大于L，則結束優化；

否則，選取不同的因素重復(3)到(9)，或者選取最優因素組合附近的參數重復(5)到(9)，直到L'大于L；

(11)按照最優因素組合的參數，設計基于陶瓷焊柱陣列CCGA的系統級封裝SIP結構。

2.根據權利要求1所述的方法，其中，(1)中的Anand本構模型包括如下一個流動方程和三個演化方程：

其中，1為流動方程，2、3、4為三個演化方程，式中為非彈性應變率，σ為變形阻力，A為置前系數，s為變形阻力，Q為激活能，R為氣體常數，ξ為應力因子，T為熱力學溫度，m為應力的應變率敏感度，h₀為硬化/軟化常數，a為硬化/軟化的應變率敏感度，s^*為給定溫度和應變率條件下變形阻力s的飽和值，為變形阻力飽和值s^*的系數，n為應變率敏感度，為非彈性應變率，Q為激活能，A為置前系數。

3.根據權利要求1所述的方法，其中，(2)、(7)和(9)中的CCGA的等塑性應變范圍值，是指在溫度循環周期中，其等效塑性應變范圍達到穩定時的值。

4.根據權利要求1所述的方法，其中，(2)中通過基于應變的修正后Coffin-Manson壽命預測模型，計算初始有限元模型中CCGA的熱疲勞壽命L，公式如下：

式中c為疲勞延展指數c＝-0.442-1.6×10^-4T_m+1.74×10^-2ln(1+f)，T_m為平均溫度，f為熱循環頻率，ε'_f為疲勞延展系數，為初始有限元模型的塑性切應變范圍值，A為初始有限元模型的等效塑性應變范圍值。