[发明专利]一种针对宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方法

说明书

本文发明涉及一种针对宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方法。包括以下步骤：步骤一：确定器件的封装结构、材料及相关参数；步骤二：建立平均粘塑性应变能密度增量模型；步骤三：建立球栅阵列器件装联结构的热疲劳寿命预测模型；步骤四：建立宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方案。本方法适用于设计宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环分级试验，以便于针对不同实际应用情况设计合理的宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验，此方法属于宇航用球栅阵列器件装联工艺的分级评价试验技术领域。

(一)技术领域：

本文发明涉及一种针对宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方法，适用于设计宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环分级试验，以便于针对不同实际应用情况设计合理的宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验，此方法属于宇航用球栅阵列器件装联工艺的分级评价试验技术领域。

(二)背景技术：

随着航天型号装备逐渐向小体积、轻质量、高可靠性的方向发展，球栅阵列封装形式电路具有封装密度高、重量轻，电性能优良等特点，逐渐被越来越多的应用于航天型号装备的电子系统中，因而提高球栅阵列器件的固有及应用可靠性对宇航任务的成败至关重要。

近年来球栅阵列器件在宇航型号中失效频发，统计发现装联失效是其多发且主要的失效模式，如焊点虚焊、变形开裂等。确定试验项目及应力水平主要依据是宇航产品的工作环境和工作剖面，目前国内外关于装联工艺评价给出了一些可供参考的标准。IPC-SM-785《表面贴装焊接的加速试验指南》中虽然给出了加速试验的寿命循环次数与加速试验条件的关系，但是适用于所有表贴器件，并没有针对具体的球栅阵列器件装联工艺建立对应的方法寿命预测方法，且公式中的许多参数都为经验值，有一定的不准确性。ESCC-Q-70-38a标准中给出了典型宇航用球栅阵列器件装联工艺鉴定试验方法，包括鉴定项目和流程，但针对球栅阵列器件装联结构的分级试验方法未做详细规定，也没有考虑产品寿命等特点。

宇航产品现行的对装联工艺考核的方式采用工艺鉴定试验方法，依照的标准多为找照搬国外，而国外与我国在航天器、元器件及电装领域的差异并未充分考虑，缺少针对我国宇航产品的验证。目前国内宇航产品所用的宇航工艺可靠性评价未区分产品的任务特点和寿命要求，包含试验项目及条件固定单一，采用一刀切的考核模式，通过试验即可为宇航产品所用，并未针对宇航产品特点给出可靠性的分级评价准则，对于不要求长寿命的任务会导致资源和资金的浪费，缺乏合理性和科学性。

因此，本发明提出一种针对宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方法，以有效合理地确定宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验的试验时长，可用于指导宇航用球栅阵列器件装联工艺的验收试验。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种针对宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验分级评价方法。该方法考虑了温度应力作为分级评价参考因素，在球栅阵列器件装联结构寿命预测模型的基础上，根据型号的不同轨道高度和应用年限，建立了其装联工艺的温度循环试验分级评价方法，从而有效合理地确定宇航用球栅阵列器件装联工艺的温度循环试验的试验时长。与现有标准中的评价方法相比，本发明可以使试验结果更有针对性，节省试验时长，具有更高的经济性。

2、技术方案：一种宇航用球栅阵列器件装联工艺分级评价试验方法包括如下步骤：

步骤一：确定器件的封装结构、材料及相关参数

本方法采用有限元建模的方法通过仿真对器件进行研究。因此器件的封装结构、材料及相关参数的确定即对有限元模型的相关参数的确定。建立球栅阵列有限元仿真模型的参数确定主要包括材料、结构及环境参数。

材料参数：

确定管壳材料、焊球材料、焊膏材料及PCB板的材料参数，包括杨氏模量、泊松比、密度以及热膨胀系数。而在热循环过程中，焊点会发生蠕变，采用Anand粘塑性本构模型对焊点蠕变行为进行模拟。