對無鉛焊料本構模型及其參數識別方法的探討

高 軍

（上海民航職業技術學院，上海 200232）

目前人們已經進入到科技時代，電子設備在人們生活中已經成為必需品之一，電子設備逐漸向著輕巧以及多功能的方向發展，其中半導體集成電路技術水平也逐漸提升。在電子封裝結構中，焊點最初的作用是將電子器件之間相互連接，隨著技術水平的提升，目前已經可以將不同材質的電子器件相互連接，由此可以看出，焊接點質量直接決定著電子設備的運行質量，本文將重點研究無鉛焊料本構模型及其參數的識別方法。

1 無鉛焊料本構模型

目前經常使用的無鉛焊料本構模型為Anand 模型，該模型最早出現在上個世紀八十年代，重點對鋁與其他金屬的熱性能進行描述，隨著時代的發展，目前已經被應用在描述無鉛焊料非彈性行為中，該模型屬于統一型的粘塑性模型，能夠對無鉛焊料的變形過程以及塑性變形展開綜合研究，同時還能夠直接對參數展開識別。該無鉛焊料本構模型在實際應用中具有以下特點，第一，在應力空間中，不會出現明顯的屈服面，因此不需要提供相應的加載準則以及卸載準則。另外，模型中的變形力可以在非零應力的條件下出現。第二，利用無鉛焊料本構模型中單一的內變量，對材料的內部狀態以及流動阻抗展開描述，進而將無鉛焊料與變速率和溫度之間的關系表示出來[1]。

2 無鉛焊料本構模型的參數識別方法

2.1 遺傳算法參數識別方法

在遺傳算法中，需要對種群規模、交叉概率以及變異概率等參數展開研究，確定以上參數的設定是否合理等。其中種群規模直接決定著單個種群的數量，如果種群規模較小，則遺傳算法的計算速度就會提升，但是其中種群的多樣性就會降低，縮小整個的搜索范圍。如果種群規模過大，則遺傳算法的效率會降低，最優解的概率也會降低，因此，通常情況下，種群規模的取值范圍為10-200之間。交叉算子直接影響著遺傳算法的搜索水平，該數值越大，遺傳算法的搜索能力就越強，通常情況下該數值的取值范圍為0.7-0.9。在利用遺傳算法對無鉛焊料本構模型參數展開識別的過程中，需要經歷以下幾個步驟，第一，確定無鉛焊料本構模型參數中對應數值的正演部分，第二，將遺傳算法與無鉛焊料本構模型相互結合，組成反演部分。正演部分需要對一組參數展開計算，進而得到相應的計算值，可以使用ABAQUS 軟件進行計算，使用ABAQUS 中的開發接口，編寫無鉛焊料本構模型中的子程序，并對模型參數進行計算。

反演部分指的是遺傳計算的整個過程，將MATLAB 語言作為基礎，對無鉛焊料本構模型中的程序展開分析，MATLAB 語言中包含了數學、統計學以及科學等內容，在實際應用中具有簡單直接的優點，能夠提升最終的編程分析效率。

2.2 多種群遺傳算法并行識別方法

多種群遺傳算法指的是將遺傳算法與其他算法相互結合，將二者的優點充分發揮出來，用來彌補遺傳算法在實際應用中的不足。在此過程中需要經歷以下流程，第一，確定控制參數，第二，種群初始化，第三，正演計算，第四，計算適應度值，第五，淘汰不適應數據和移民，第六，組成精英種群，第七，結束參數識別，將無鉛焊料本構模型中的最優參數保存下來，應用在實際模型建立中[2]。

2.3 間接參數識別方法

參數識別技術主要是將實驗中的參數數據，采用建立參數識別模式的方式，確定參數在模型中的最優值，通常情況下參數包括位移、荷載量等。參數識別過程中使用的優化方法，直接決定著最終的參數識別效率以及準確程度，目前的參數識別方法主要包括本構模型參數是被以及模型尺寸參數識別等。由于參數識別過程較為復雜，其中涉及的內容較多，加上模型中存在一定的誤差，因此要想直接求出參數值，具有一定難度，面對這種情況，可以采用間接法進行計算。間接法指的是，先賦予待識別參數一定的初始值，使用正分析計算的方式，確定對應的力學相應，并計算數據與實際測量數據之間的誤差。如果誤差達到一定的要求，則表明參數通過，如果誤差沒有達到相應的要求，則需要對參數展開調整，直到最終達到相應要求為止。

3 結束語

綜上所述，隨著人們對無鉛焊料本構模型的關注程度逐漸提升，如何保證無鉛焊料本構模型的建設質量，成為有關人員關注的重點內容。本文通過研究無鉛焊料本構模型的及其參數識別方法發現，對其進行研究，能夠大大提升無鉛焊料本構模型的建設效果，同時還能夠保證提升集成線路的制作質量。由此可以看出，研究無鉛焊料本構模型及其參數識別，能為今后無鉛焊料本構模型的發展奠定基礎。