專利名稱：印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鍍通孔參數(shù)對印刷線路板鍍通孔的壽命進(jìn)行評估或進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)，特別是一種印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，采用該方法能夠合理有效提高印刷線路板產(chǎn)品的可靠性。
背景技術(shù)：
熱膨脹系數(shù)不匹配而引起的鍍通孔疲勞斷裂是電子產(chǎn)品中印刷線路板失效的一個主要原因。通過對產(chǎn)品樣本進(jìn)行實驗的手段來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造缺陷、提高產(chǎn)品的可靠性由于成本高、周期長，使得在產(chǎn)品研發(fā)的早期階段就對產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行評估或優(yōu)化成為提高產(chǎn)品可靠性的一個關(guān)鍵手段。
目前在工程實際中，廣泛使用軟件仿真的方法來評估鍍通孔的設(shè)計壽命，從而起到在印刷線路板設(shè)計的早期階段優(yōu)化設(shè)計的作用，但該方法所需要的建模過程復(fù)雜、計算時間長，同時，評估結(jié)果又不具備清楚而直觀地告訴印刷線路板設(shè)計人員各幾何及環(huán)境參數(shù)對鍍通孔設(shè)計壽命影響的能力，這對優(yōu)化印刷線路板設(shè)計的效果帶來局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，采用該方法能夠合理有效提高印刷線路板產(chǎn)品的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為，針對所使用的特定印刷線路板和鍍通孔材料，構(gòu)建鍍通孔疲勞壽命與其幾何參數(shù)以及印刷線路板使用環(huán)境溫度變化的等值線關(guān)系圖或表，利用此等值線圖或表為工具快速地對鍍通孔的壽命進(jìn)行評估或優(yōu)化，并得到各參數(shù)對鍍通孔壽命的影響程度和趨勢。本發(fā)明解決了如何使工程技術(shù)人員隨時隨地地、直觀快速地評估出鍍通孔的設(shè)計壽命，且能清楚直觀地看到各個參數(shù)對鍍通孔壽命的量化影響這一技術(shù)問題，從而能夠合理有效提高印刷線路板產(chǎn)品的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于利用與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表，作為對印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化的工具。
所述鍍通孔設(shè)計參數(shù)包括幾何參數(shù)、材料參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。
所述優(yōu)化是指利用評估結(jié)果對鍍通孔的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。
所述數(shù)據(jù)圖或表包括印刷線路板鍍通孔疲勞壽命第一中間變量與第一鍍通孔幾何參數(shù)及第二鍍通孔幾何參數(shù)的數(shù)量關(guān)系，印刷線路板鍍通孔疲勞壽命第二中間變量與第三鍍通孔幾何參數(shù)、第一中間變量及鍍通孔材料參數(shù)的數(shù)量關(guān)系，以及印刷線路板鍍通孔疲勞壽命中的鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量與使用印刷線路板的環(huán)境參數(shù)及第二中間變量的數(shù)量關(guān)系。
所述第一鍍通孔幾何參數(shù)是指印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔半徑之比(l/r)，所述第二鍍通孔幾何參數(shù)是指鍍通孔二分之一孔間距與鍍通孔半徑之比(R/r)，所述第三鍍通孔幾何參數(shù)是指印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔鍍層厚度之比(l/t)，所述鍍通孔材料參數(shù)包括鍍層材料的材料參數(shù)和印刷線路板材料的材料參數(shù)，所述環(huán)境參數(shù)是指環(huán)境溫度的變化幅度。
所述材料參數(shù)選自下述項中的一種或多種熱膨脹系數(shù)，彈性模量，塑性模量，剪切模量，屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度，延展率。
所述第一中間變量、第二中間變量、和鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量均采用等值線圖或表來表示。
所述數(shù)據(jù)圖或表還包括通過鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量確定的鍍通孔疲勞壽命的曲線圖或表。
所述與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表基于以印刷線路板鍍通孔的熱應(yīng)力應(yīng)變分布模型為基礎(chǔ)建立的印刷線路板鍍通孔壽命評估的理論模型。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明的有益效果是，可以使工程技術(shù)人員擺脫使用軟件帶來的計算機(jī)限制和復(fù)雜的建模過程，只需要通過上述中間參數(shù)的定義方法，針對設(shè)計中所使用的材料，就可以畫出或列出一系列的圖或表來，然后以此為工具來評估或優(yōu)化鍍通孔的壽命。這種方法具有快速和直觀的優(yōu)點。且由于本發(fā)明中參數(shù)是分步驟進(jìn)行考慮的，通過每一步驟都可以看到相關(guān)參數(shù)對后邊步驟的影響，這樣就可更好地指導(dǎo)印刷線路板設(shè)計人員對鍍通孔進(jìn)行設(shè)計與改進(jìn)。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通常要先確定印刷線路板鍍通孔壽命評估的理論模型，在模型中把影響鍍通孔壽命的幾何參數(shù)和環(huán)境參數(shù)分步驟進(jìn)行考慮，并建立它們之間的數(shù)量關(guān)系，形成一個可在工程設(shè)計中方便使用的直觀的圖表工具，然后利用這一工具，順序進(jìn)行查圖或查表，找出所設(shè)計鍍通孔的壽命，從而對設(shè)計進(jìn)行評估或優(yōu)化，進(jìn)而合理有效提高印刷線路板產(chǎn)品的可靠性。


圖1為通過鍍通孔幾何參數(shù)之一的線路板二分之一板厚與鍍通孔半徑之比(l/r)，以及鍍通孔幾何參數(shù)之二的鍍通孔二分之一孔間距與鍍通孔半徑之比(R/r)所確定的中間變量A的等值線圖。
圖2為通過鍍通孔幾何參數(shù)之三的線路板二分之一板厚與鍍通孔鍍層厚度之比(l/t)，以及中間變量A，同時，進(jìn)一步考慮實際所使用的材料，所確定的中間變量B的等值線圖。
圖3為通過印刷線路板的環(huán)境溫度變化范圍(deltaT)以及中間變量B所確定的鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)的等值線圖。圖中陰影區(qū)域表示鍍層中心處材料從彈性已進(jìn)入塑性范圍。
圖4為通過鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)確定的鍍通孔疲勞壽命Nf的曲線圖。
圖5為流程圖。
A-第一中間變量，B-第二中間變量，deltaT-環(huán)境溫度變化范圍，l/r-第一鍍通孔幾何參數(shù)即印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔半徑之比，R/r-第二鍍通孔幾何參數(shù)即鍍通孔二分之一孔間距與鍍通孔半徑之比，l/t-第三鍍通孔幾何參數(shù)即印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔鍍層厚度之比，strain-鍍通孔鍍層最大應(yīng)變，Nf-鍍通孔疲勞壽命。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施案例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明。
本發(fā)明的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，特點在于利用與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表，作為對印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化的工具。其中，數(shù)據(jù)圖或表的獲得及使用采用如下方式1、建立印刷線路板鍍通孔壽命評估的理論模型。
2、在模型中把影響鍍通孔壽命的幾何參數(shù)和環(huán)境參數(shù)分步驟進(jìn)行考慮，并建立它們之間的數(shù)量關(guān)系，形成一個可在工程設(shè)計中方便使用的直觀的圖表工具。
3、利用這一工具，順序進(jìn)行查圖或查表，找出所設(shè)計鍍通孔的壽命。
本發(fā)明中評估鍍通孔壽命的理論模型如式(1)-(5)A=rl·Exp{1n(rl)·1n[(3.0803rl-10.393)]·Exp(rR)+(108.83-1.8631rl)}---(1)]]>
B=14ECuGE·A·tl+1---(2)]]>如果43B(αE-αCu)ΔT≤SYECu]]>strain=43B(αE-αCu)ΔT---(3)]]>如果43B(αE-αCu)ΔT>SYECu]]>strain=SYECu·{43[B+(1-B)(1-34B·SY(αE-αCu)ΔTECu)13SY(αE-αCu)ΔTECu-0.75]·B1-B(1-34B·SY(αE-αCu)ΔTECu)23ECu′ECu+B1-B(1-34B·SY(αE-αCu)ΔTECu)23+1}---(4)]]>Nf-0.6Df0.75+0.9×SuECu[eDf0.36]0.1785log105Nf-strain=0---(5)]]>式(1)-(5)中各變量的含義SyPTH鍍層材料的屈服強(qiáng)度；l線路板厚度的一半；tPTH的鍍層厚度；R鍍通孔二分之一孔間距；rPTH半徑；α熱膨脹系數(shù)；ΔT(deltaT)溫度循環(huán)幅值(溫度載荷)；E彈性模量；GE線路板的剪切模量；下標(biāo)E表示線路板相關(guān)的參數(shù)；下標(biāo)Cu表示PTH鍍層相關(guān)的參數(shù)，strain鍍通孔鍍層做大應(yīng)變；Nf為預(yù)計的平均疲勞壽命(即失效前循環(huán)周期數(shù))；DfPTH鍍層材料斷裂應(yīng)變(或稱疲勞耐久性系數(shù))；SuPTH鍍層材料斷裂強(qiáng)度；A，B中間變量，A-第一中間變量，B-第二中間變量。
本發(fā)明的有益效果是，可以使工程技術(shù)人員擺脫使用軟件帶來的計算機(jī)限制和復(fù)雜的建模過程，只需要通過上述公式和中間參數(shù)的定義方法，針對設(shè)計中所使用的材料，就可以畫出或列出一系列的圖或表來，然后以此為工具來評估或優(yōu)化鍍通孔的壽命。這種方法具有快速和直觀的優(yōu)點。且由于本發(fā)明中參數(shù)是分步驟進(jìn)行考慮的，通過每一步驟都可以看到相關(guān)參數(shù)對后邊步驟的影響，這樣就可更好地指導(dǎo)印刷線路板設(shè)計人員對鍍通孔進(jìn)行設(shè)計與改進(jìn)。
通過本發(fā)明所給出的方法，并在隨意選定一組材料參數(shù)(見表A)的基礎(chǔ)上(實際應(yīng)用中，需要使用實際的材料參數(shù))，構(gòu)建了一系列的等值線圖或表，根據(jù)該系列的圖或表可以很快地評估一個鍍通孔的壽命及幾何尺寸參數(shù)和環(huán)境溫度變化對鍍通孔壽命的影響。
表A 案例中的材料參數(shù)

圖或表工具的制作方法和步驟步驟1根據(jù)公式(1)所給出的線路板二分之一板厚與鍍通孔半徑之比(l/r)以及鍍通孔二分之一孔間距與鍍通孔半徑之比(R/r)與中間變量A關(guān)系，確定在不同l/r和R/r取值條件下中間變量A所對應(yīng)的值，然后，由這些值做出A的等值線圖或表，如圖1或表1所示。A為本發(fā)明使用過程中根據(jù)需要所定義的中間變量，無實際物理意義。
步驟2根據(jù)公式(2)和實際所使用材料的參數(shù)，確定在中間變量A以及線路板二分之一板厚與鍍通孔鍍層厚度之比(l/t)不同的取值條件下中間變量B所對應(yīng)的值，然后，由這些值做出B的等值線圖或表，如圖2或表2所示。B亦為本發(fā)明使用過程中根據(jù)需要所定義的中間變量，無實際物理意義。
步驟3根據(jù)公式(3)、(4)以及實際所使用材料的參數(shù)，確定環(huán)境溫度變化范圍(deltaT)和中間變量B在不同的取值條件下鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)所對應(yīng)的值，然后，由這些值做出該最大應(yīng)變的等值線圖或表，如圖3或表3所示。
步驟4根據(jù)公式(5)和實際所使用材料的參數(shù)，做出鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)和鍍通孔疲勞壽命Nf的曲線圖或表，如圖4或表4所示。
圖或表工具的使用方法和步驟步驟1從圖1或表1中查出與實際設(shè)計中的l/r和R/r的值相對應(yīng)的中間變量A的值。圖或表中沒有的值，通過附近的值進(jìn)行插值。
步驟2從圖2或表2中查出與實際設(shè)計中的l/t的值以及由步驟1中所得到的中間變量A的值相對應(yīng)的中間變量B的值。圖或表中沒有的值，通過附近的值進(jìn)行插值。
步驟3從圖3或表3中查出與環(huán)境溫度變化范圍(deltaT)的值以及由步驟2中所得到的中間變量B的值相對應(yīng)的鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)的值。圖或表中沒有的值，通過附近的值進(jìn)行插值。
步驟4從圖4或表4中查出與步驟3中所得到的鍍通孔鍍層最大應(yīng)變(strain)相對應(yīng)的鍍通孔疲勞壽命Nf的值。該值即為針對某一設(shè)計和所使用材料的鍍通孔疲勞壽命的評估結(jié)果。對設(shè)計中的幾何參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到最高的疲勞壽命值即可完成對印刷線路板鍍通孔設(shè)計的優(yōu)化。
通過以上步驟1-步驟4就能夠確定鍍通孔疲勞壽命，如圖5所示。
優(yōu)化印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的方法，其特征是1.利用數(shù)據(jù)圖或表對印刷線路板鍍通孔的設(shè)計壽命進(jìn)行評估或通過評估結(jié)果對鍍通孔的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的工具；2.該工具表現(xiàn)形式為基于實際所使用的印刷線路板和鍍通孔材料所構(gòu)建的一個或多個等值線數(shù)據(jù)圖或表；3.印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估和優(yōu)化可以通過順序地一次或多次地查找上述的圖或表來實現(xiàn)；4.上述等值線數(shù)據(jù)圖或表的構(gòu)建利用了印刷線路板鍍通孔疲勞壽命的理論模型，該理論模型給出了鍍通孔疲勞壽命與鍍通孔材料、鍍通孔幾何參數(shù)以及印刷線路板的使用環(huán)境溫度變化范圍的數(shù)量關(guān)系；5.上述等值線數(shù)據(jù)圖或表的構(gòu)建首先定義了兩個中間變量A和B，通過第一步先考慮鍍通孔幾何參數(shù)從而獲得中間變量A，再進(jìn)而考慮鍍通孔材料參數(shù)而獲得中間變量B，然后再考慮環(huán)境溫度變化范圍而得到最大應(yīng)變。
表1-表5列示如下表1通過鍍通孔幾何參數(shù)R/r和l/r確定的中間參數(shù)A的表


表2進(jìn)一步通過鍍通孔幾何參數(shù)l/t和中間參數(shù)A確定的中間參數(shù)B的表

表3再通過環(huán)境溫度變化deltaT和中間參數(shù)B確定的最大應(yīng)變(strain)的表


表4 應(yīng)變-疲勞壽命對應(yīng)表

應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。因此，盡管本說明書參照附圖對本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，例如，也可以采用公知的或自行研發(fā)的印刷線路板鍍通孔的熱應(yīng)力應(yīng)變分布模型或印刷線路板鍍通孔壽命評估的理論模型；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于利用與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表，作為對印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化的工具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述鍍通孔設(shè)計參數(shù)包括幾何參數(shù)、材料參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述優(yōu)化是指利用評估結(jié)果對鍍通孔的設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)圖或表包括印刷線路板鍍通孔疲勞壽命第一中間變量與第一鍍通孔幾何參數(shù)及第二鍍通孔幾何參數(shù)的數(shù)量關(guān)系，印刷線路板鍍通孔疲勞壽命第二中間變量與第三鍍通孔幾何參數(shù)、第一中間變量及鍍通孔材料參數(shù)的數(shù)量關(guān)系，以及印刷線路板鍍通孔疲勞壽命中的鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量與使用印刷線路板的環(huán)境參數(shù)及第二中間變量的數(shù)量關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述第一鍍通孔幾何參數(shù)是指印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔半徑之比(l/r)，所述第二鍍通孔幾何參數(shù)是指鍍通孔二分之一孔間距與鍍通孔半徑之比(R/r)，所述第三鍍通孔幾何參數(shù)是指印刷線路板二分之一板厚與鍍通孔鍍層厚度之比(l/t)，所述鍍通孔材料參數(shù)包括鍍層材料的材料參數(shù)和印刷線路板材料的材料參數(shù)，所述環(huán)境參數(shù)是指環(huán)境溫度的變化幅度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述材料參數(shù)選自下述項中的一種或多種熱膨脹系數(shù)，彈性模量，塑性模量，剪切模量，屈服強(qiáng)度，斷裂強(qiáng)度，延展率。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述第一中間變量、第二中間變量、和鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量均采用等值線圖或表來表示。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)圖或表還包括通過鍍通孔鍍層最大應(yīng)變量確定的鍍通孔疲勞壽命的曲線圖或表。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于所述與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表基于以印刷線路板鍍通孔的熱應(yīng)力應(yīng)變分布模型為基礎(chǔ)建立的印刷線路板鍍通孔壽命評估的理論模型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化方法，其特征在于利用與鍍通孔設(shè)計參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)圖或表，作為對印刷線路板鍍通孔設(shè)計壽命的評估或優(yōu)化的工具。采用該方法能夠合理有效提高印刷線路板產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號G06F17/50GK1987878SQ20061016958
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者謝勁松, 霍玉杰, 劉勤 申請人:北京航空航天大學(xué), 北京綠安依科技有限公司