无铅焊点热疲劳状态估计毛书勤2刘剑陈媛(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130031）
(2中国科学院大学，北京100039）
文摘为获取元器件焊点的热瘦劳状态信息，采用了焊点剪切力测试方法和非线性最小二乘数据拟合法。以1210片式电阻器件无铅焊点为研究对象，开展了剪切力-热疲劳状态试验研究工作。依据0、300、600、900、1 200、1500个周期温度冲击下的焊点剪切力试验数据，采用非线性最小二来的Gauss-Newton法，并利用Matlab编程的手段获取了剪切力数据的拟合曲线。以“剪切力值下降30%的失效标准划定失效界线，利用拟合曲线推算出焊点失效时的循环周期数为1439.04。试验证明婵点剪切力能够反映出焊点的热疲劳状态，该方法可用于焊点的疫劳状态监测、估计，满足对于焊点疲劳状态的监测需要，同样适用于其他类型焊点的疲劳状态估计。
关键词片式元件焊点，热疲劳状态，剪切力，Gauss-Newton法
中图分类号：TG4
DOI:10.3969/j.issn.10072330.2015.03.004
EstimationofThermalFatigueStateof Lead-FreeSolders
MAO Shuqin-2
LIUJian
CHENYuan
(1Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130031)
(2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039)
Abstract In order to get solder information of thermal fatigue state, shear force test method and nonlinear least square method are used. A lead-free solder joint with 1210 chip resistor is the research object. A solder joint thermal fatigue life prediction method based on the solder joint shear strength test is put forward. The test of shear force-ther mal fatigue life is done. According to 0, 300, 600, 900, 600, 1500 cycle data, Gauss-Newton of nonlinear least square method is used to fit curves based on Matlab programming. By using the shear force value fell by 30% failure criteria defined, the solder joint failure cycle number is 1439. 04. The method can be used to solder joint shear strength of solder joint fatigue state monitoring, estimates, the same to the other kinds of solders.
Key wordsChip component soldering joint,Thermal fatigue state,Shearing force, Gauss-Newton method
0引言
焊点是连接电子元器件使其实现预定功能的重要单元。它同时肩负着电气连接与机械支撑的双重作用。电子学产品在使用过程中，通、断电或者环境温度的变化均会造成PCB基材、焊点与元器件焊端的体积变化，由于三者的热胀系数并不匹配，这会导致在温度变化过程中产生交变的应力和应变，焊点局部应力最大处在循环应力作用下会首先形成微裂纹微裂纹逐步发展为宏观裂纹并最终形成断裂面，此即为焊点的热疲劳失效。伴随者无错化进程的不断深入，军用电子产品的无铅化组装也早已被提上日程"。由于焊接材料的改变，研究无铅焊点的热疲劳失效间题，对于军品研制单位而言有着特殊的重要
收稿日期：2015-04-10
基金项目：吉林省科技发展计划项目(20126016）
意义。一直以来，焊点的热疲劳可靠性问题都是电子组装可靠性研究的重要方向之一。目前，部分学者的主要研究方向集中在焊点的热循环应力-应变模拟技术研究上。周斌等作者以片式元件焊点为研究对象，开展了基于Manson-Coffin方程的疲劳寿命研究工作—通过软件仿真办法得到剪切应力一应变滞后回线，进而求得循环剪切应变范围并代入Manson Coffin方程。在其仿真条件下，得到片式元件焊点的热疲劳寿命为6959次循环2：。王斌等开展了带空洞无铅焊点的可靠性研究工作，将空洞这一普遍存在于焊点中的现象考虑到有限元模型中去，并对空洞的位置、面积等因素的影响分别进行了建模、仿真，使得建模、仿真结果更贴近实际情况3。魏鹤林等开展
作者简介：毛书勤，1982年出生，硕士，高级工程师，主要以事心子字产品可靠性研究工作。E-mail：translation2002@163.com
宇航材料工艺万方数据
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2015年第3期
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