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为了保证元器件焊点可靠性,在用激光焊接设备焊接元器件前,往往需要设定合理的焊接工艺参数。然而,若通过反复试验,反复调整工艺参数来确定在哪些工艺参数组合或区间下的焊接质量好,必然会造成人力、物力的浪费。因此,为了减少工艺试验次数和资源的浪费,寻求最优的工艺参数组合或区间来保证焊接质量一直是很值得研究的问题。由此,本文针对特定的细间距QFP器件,通过仿真研究激光焊接有效功率,焊接时间,光斑直径三个工艺参数对QFP组件焊点所能承受的最大拉应力的影响。构建焊点最大应力值与工艺参数的多元回归方程,并以焊点最大应力值最小为优化目标求取最佳的工艺参数组合。本文主要研究内容及结论如下: (1)QFP组件激光再流焊温度场仿真 研究激光焊接QFP组件的过程,选择其主要工艺参数,利用ANSYS软件对QFP组件激光再流焊的温度场进行仿真。通过正交试验设计及1stOpt软件统计处理数据,寻找激光焊接有效功率,焊接时间,光斑面积三个工艺参数对焊点温度场的影响规律。 (2)QFP组件拉脱试验应力场仿真 选择合适的金属间化合物(IMC)生长动力学模型,求解激光焊接完成后 IMC的厚度;再利用ANSYS软件对QFP组件进行拉脱试验应力场的仿真,寻找IMC厚度对焊点应力场的影响规律。 (3)激光再流焊工艺参数优化模型及其优化 利用Design-Expert软件设计Box-Behnken试验统计处理仿真数据,寻找上述激光再流焊三个工艺参数与焊点处最大应力值的函数关系,即工艺参数优化模型;再通过表面响应法,以焊点处最大应力值最小为优化目标,寻找最优的工艺参数组合。 研究结果表明,第一,在仿真所取工艺参数范围内,激光焊接有效功率、光斑面积与焊点处的最高温度几乎为线性关系,焊接时间与焊点处的最高温度为正相关关系,且切线斜率逐渐减小;第二,当有效功率取1～4W,焊接时间取1～2s,光斑面积取0.03～0.11mm2时,封装体、印制板、焊点温度最高可达240℃,350℃,510℃;第三,激光再流焊工艺参数优化结果为:激光焊接有效功率为2.98W,激光焊接时间为0.6s,光斑等效面积0.11mm2(此时光斑半径为0.2mm,金属间化合物厚度为0.56um)时,焊点能承受的拉应力值最大。最后,结合实际优秀的工艺参数区间为:激光焊接有效功率2.5~3.5W,激光焊接时间0.6～0.8s,光斑等效面积为0.08～0.11mm2(此时光斑半径为0.18～0.2mm)。