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BGA焊点可靠性研究综述

Review of Reliability of BGA Solder Joints

陈丽丽,李思阳,赵金林（北京航空航天大学,北京100191）

Chen Li-li,Li Si-yang,Zhao J in-lin(College of Reliability and System Engineering,

Beihang University,Beijing100191）

摘要：随着集成电路封装技术的发展，BGA封装得到了广泛应用，而其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。该文介绍了BGA焊点可靠性分析的主要方法，同时对影响焊点可靠性的各因素进行综合分析。并对BGA焊点可靠性发展的前景进行了初步展望。

关键词：有限元；焊点；可靠性；BGA

中图分类号：TN305.94文献标识码：A文章编号：1003-0107(2012)09-0022-06 Abstract:With the development of IC packaging technology,BGA is widely used,the reliability of its sol-der joints has became an important subject of modern electronic packaging technology.In this paper,a common method to analysis the reliability of BGA solder joints is introduced,various parameters which were displayed and the factors of influence on the solder joints,reliability were analyzed simultaneity. Based on above,we have an expectation of development foreground of the reliability of BGA solder joints.

Key w ords:finite element;solder joint;reliability;BGA

CLC num ber:TN305.94Docum ent code:A Article ID：1003-0107(2012)09-0022-06

0引言

近年来，高功能，高密度，高集成化的BGA封装技术成为主流的封装形式，其焊点可靠性是现代电子封装技术的重要课题。电子封装技术的飞速发展，不断为焊点可靠性的研究提出新课题。传统焊点可靠性研究主要依靠实验，近年来有限元模拟法成为焊点可靠性研究的主要手段；微观显示技术的发展，为分析焊点构成成分变化及裂纹产生，发展提供有力的支持；无铅化进程，针对焊点在不同载荷条件下材料性质成为当前研究的热点；不断涌现出大量新型BGA封装形式，其内部结构，尺寸以及空洞对焊点可靠性的影响有待进一步的研究；板级焊点的可靠性也越来越得到重视。本文主要针对以上几个问题进行综述分析。

1焊点可靠性研究方法

传统的焊点可靠性研究主要依靠实验，随着电子产品的微型化，焊点向着更加微小的方向发展，应用实验方法对其可靠性进行分析面临很大的困难。有限元模拟法[1]，将一个结构分离成若干规则的形状单元，并在空间用边界模型来定义每一个单元就可求解整体结构的位移和应力，利用该方法研究焊点的可靠性也成为热点。

针对单独使用实验方法与有限元模拟方法的局限性，现阶段焊点可靠性的研究多采用实验与有限元模拟方法综合使用的方法。分析方法流程汇总如图1所示。

电子显微技术的发展，使得测试手段多样化发展，检测结果更为准确，对于焊点内部化学成分及结构的变化观察更为直观，能够更好地了解其失效原因，失效部位的形成及发展。下面汇总几种常见的测试方法如表1所示。

2器件级焊点可靠性影响因素

器件封装技术的飞速发展，封装结构，尺寸和材料都发生了较大变化。近年来，专家学者对这类器件级焊点可靠性的影响因素进行了大量研究，下面针对其研究成果进行总结概括。

2.1新型BGA封装结构

2.1.1热增强型BGA

随着电子封装向高密度，薄型化的方向发展，封装的尺寸越来越小，器件的功率越来越大，对芯片的热可靠性提出了更高的要求，为减小热阻，提高热性能，产生了多种热增强型BGA，其主要特点是在BGA封装的底部中间位置(芯片)加有一个散热的铜块或铜片，增加热传导能力，主要用于高功耗器件的封装。其主要结构

作者简介：陈丽丽(1986-)，女，硕士研究生，研究方向为系统安全及可靠性。22

测试方法测试结果应用范围

白光干涉仪几何尺寸，Z方向位移，分辨率：纳米应用于常温环境，样本表面较为平整

电子散斑干涉仪(ESPI)3方向位移及形变，分辨率：>20纳米实验环境温度范围：-40℃～150℃，组件级(包括焊点)

云纹干涉仪面内方向位移及形变，分辨率：亚像素实验测试环境，同ESPI，其等位移线可以直接与有限元模拟方法得到结果对比

数字图像相关(DIC)面内方向位移及形变，分辨率：亚像素

实验测试环境，同ESPI，观察范围较大，(>cm到

1/10像素)，可以与显微镜及SEM结合

硅芯片测试发生位移芯片的应力及应变，分辨率：M Pa器件级测试，连接在电路内，可应用于现场环境

X射线反射晶体材料的弯曲半径(如硅材料)实验环境温度：-40℃～120℃，原则上可以进行内部封装测试

X射线衍射晶体材料的机械应力及应变(如硅材料)实验环境温度：-40℃～120℃，原则上可以进行内部封装测试

扫描电子显微镜(SEM)面内方向位移，分辨率：纳米观察形貌的同时，作微区成分分析

表1常见测试方法[2]

如图2所示。Tong[3]等人对比了多种新型具有耐热功能的BGA封

装，包括：传导冷却型BGA(C2BGA)，金属芯型BGA，带散

热块型BGA，带散热片型BGA等。研究表明，芯片粘接

材料及散热块粘接材料对其焊点可靠性的影响均较小，

其热疲劳寿命与封装的翘曲度成正比，减小封装的翘曲

度能有效地提高焊点可靠性，带散热片型BGA具有良好

的热传导性，焊点的疲劳寿命最长。

图1实验与有限元模拟综合使用方法

图2带散热块型BGA结构示意图

2.1.2具有嵌入式芯片的系统封装型BGA

近年来，小型化和多功能化成为电子设计的主要趋势，为了满足这些趋势，出现了具有嵌入式芯片的系统封装型BGA ，

对于其焊点可靠性的研究仍然比较少。其封装结构示意图如图3所示。

Seon [4]等人通过实验与有限元分析结合的方法对该种封装与传统BGA 封装在相同温度循环条件下进行对比，发现嵌入式芯片改变了最大蠕变应变的位置，将最大蠕变应变值位置有传统的边缘区域焊球转移到中心区域焊球，但是并未改变其最大蠕变应变值，而该值主要受到基板填充材料的影响。

2.1.3高分子核心焊点BGA

2000年，Sekisui 公司生产了一种新型焊点结构的高分子核心焊点型(M PS)BGA ，其焊料内部包含有高分子化合物。焊点结构如图4所示。

Gallow [5]

等人通过研究发现该封装可以将焊点的热

疲劳寿命提高1.5～4倍。

Rolf [6]等人通过实验及有限元模拟方法针对该新型焊点进行研究，发现该种焊点经过焊接过程后，焊点基本无塌陷，焊点高度基本不变化，在热循环过程焊点的应力集中在焊点与器件连接处，并且应变值与焊点半径及焊盘半径成正比，能较好地提高焊点的热疲劳寿命。2.2材料属性

2.2.1焊料材料

近年来，无铅进程快速发展，但由于无铅化过程减少铅在合金中的使用却丧失了铅锡合金的各种优点，给工艺制造过程带来了很大的挑战。现阶段有铅焊料仍有较多应用，因此研究无铅焊料及混合焊料的可靠性有着重要意义。

现阶段存在的几种混合焊点形式主要有：向前兼容型焊点，即有铅组件结合无铅焊料；向后兼容型焊点，即无铅组件结合有铅焊料，该种焊点又分为一致结构型和非一致结构型两种。其中，一致结构型焊点焊接时采用无铅回流焊温度曲线，非一致结构型焊点焊接时采用有铅回流焊温度曲线。Jiang [7]通过有限元模拟方法对上述几种混合焊料在温度循环条件下的可靠性进行研究，结果显示无铅及向前兼容性焊点的热疲劳寿命高于先后兼容型焊料和有铅焊料。

SAC(Sn-xAg-Cu)焊料作为广泛使用的无铅焊料，大量学者对其可靠性进行了研究，结果表明，热疲劳周期随

着SAC 焊料中Ag 成分的增加而提高[8]，但其跌落寿命会随之降低[9]。

2.2.2基板材料

焊点失效主要是由于芯片和基板由于外界载荷激励发生翘曲，引起焊点与与之相连接的部分发生位移，引起裂纹产生，生长，最终导致失效，所以基板材料的性质也是影响焊点可靠性的影响因素之一。

Shoulung [10]等人通过实验研究了基板材料的性质对芯片和基板翘曲度的影响，研究基板材料的杨氏模量值增大时，芯片和基板的翘曲度均增大，而当基板的热膨胀系数增大时，芯片的翘曲度增大，基板的翘曲度则会减小。2.3封装尺寸

封装尺寸同样是影响焊点可靠性的主要因素，现对部分封装尺寸对焊点可靠性的影响进行总结，如表2所示。

然而，由于部分影响因素并不相互独立存在，各影响因素之间存在相互关系，简单的相关性分析并不能清晰

地表述各影响因素的关系，不能为封装可靠性设计人员提供有效的指导。Qiang Yu [14]提出了聚类分析的方法，将各影响因素根据相关性进行分类，根据分析结果，设计工程师可以评价每个因素的影响，在概念设计阶段对基本设计方案进行有效的可靠性评估。2.4载荷条件

焊点可靠性受到载荷条件的影响，在不同的载荷类型下，表现出不同的失效模式，其寿命同样受到载荷形式及载荷量级的影响。不同学者对此作了大量研究，将载荷料件对焊点可靠性的影响汇总如表3所示。

2.5空洞

无铅焊料和有铅焊料具有不同的浸润性，在使用无铅焊料时易形成空洞，研究人员针对空洞的大小，数量及位置对焊点可靠性的影响进行大量研究。

Robert [17]通过X 射线对SAC 焊点进行观察，得到空洞位置及大小，空洞约占焊点面积的10%，利用有限元模

图3具有嵌入式芯片的系统封装型BGA

结构示意图

图4MPS 型焊点内部聚合物截面图

表3载荷条件对焊点可靠性的影响汇总

拟的方法进行建模，并加载温度循环载荷。研究发现，空洞并非均造成焊点裂纹产生与生长，裂纹通常由焊点的外侧产生延伸到焊点内侧。空洞位于蠕变带，其蠕变应变在每个温度循环的作用下增大2倍。M ike[18]等人研究发现在空洞远离焊点界面区域和蠕变生长线处时对焊点的疲劳寿命造成的影响较小。相反，具有提高焊点热疲劳寿命的作用；在此基础上，在保留空洞总面积占焊点截面面积20%的条件下，改变空洞数量，单一空洞作用下焊点热疲劳寿命最高。当空洞距离焊点界面区域和蠕变生长线较近时焊点的疲劳寿命会大幅度减小。Zhou Bin[19]等人研究表明带有空洞的焊点其蠕变应变并不一定大于不带有空洞的焊点。如果焊点中的空洞位于焊点的中心，即使空洞半径达到焊点半径的25%，对焊点热疲劳寿命的影响仍然较小。

3板级焊点可靠性研究

当前的研究多只针对器件自身设计特性对焊点可靠性的影响，在实际工作状态下，器件多安装在电路板上，其焊点的可靠性不仅仅受到自身设计特性的影响，还受多种外界因素的影响，如电路板布局，线路分布，散热装置设计及质量，焊盘结构和焊盘涂层等。

3.1电路板布局

Ramgopal V.[20]等人分别分析了器件位置及密度在冲击及随机振动试验对焊点可靠性的影响。器件被分别设计安装在距离安装孔不同的位置，以及距离其他器件不同的位置进行对比，利用有限元模拟方法及焊点裂纹检测技术，发现距离固定螺丝位置较远的器件以及距离其他器件较远的器件有较多裂纹，风险大。Xueli[13]等人研究发现，在振动或冲击环境中PCB板的振幅越大，焊点的形变就越大，因此，要降低PCB板的振幅，提高焊点在振动环境下的可靠性就需要提高一阶频率。实验证明，应用较多固定螺丝并且将器件安装在距离固定螺丝较近位置时可以提高焊点的可靠性。

影响因素载荷条件结论参考文献

基板厚度温度循环

基板较厚，杨氏模量增大，温度循环时应力较大；

基板厚度与疲劳寿命成反比

Song Chen[11]跌落

基板厚度增加，弯曲变小，在连接处形成较大应力集中，焊点寿命缩短，

但当基板厚度增加到一定程度，焊点寿命随基板厚度的增加而延长

Akash[12]

焊点高度随机振动

等效应力及应变随焊点高度的增加而增加，但当焊点高度增加到一定程

度时不再改变；

焊点高度与焊点寿命成反比

Xueli[13]跌落焊点高度与焊点寿命成正比Akash[12]温度循环高度越大，寿命越高，但当高度达到一定值时，焊点寿命反而减小YU[14]

焊点半径随机振动

等效应力及应变随焊点半径的增加而减小，但当焊点半径增加到一定程

度时不再改变；

焊点半径与焊点寿命成反比

Xueli[13]跌落焊点半径与焊点寿命成反比Akash[12]温度循环半径越大，寿命越高，但增大到一定值时，寿命反而减小，之后又有所增加

模塑材料厚度热循环厚度与热疲劳寿命成反比Fa-Xing[15]表2封装尺寸对焊点可靠性的影响汇总

载荷条件失效模式影响因素结论参考文献

温度载荷热失配造成的焊点高

周疲劳裂纹

温度变化范围

温度变化范围较小时疲劳寿命

较大

Song Chen[11]

高低温温度持续时间持续时间较小时疲劳寿命较大

Song Chen[11]

Fa-Xing[15]

跌落无铅焊点和IM C层之

间界面脆性破坏，焊

盘坑裂

峰值加速度峰值加速度较大时寿命较短Tong Jiang[16]

持续时间持续时间较长时寿命较短Akash[12]

跌落方向90°时寿命最长Akash[12]

3.2散热装置

散热装置广泛应用于高功率密度装置中，Tz-Cheng Chiu[21]等人通过综合使用实验及有限元模拟方法，研究了Sn36Pb2Ag在温度循环及温度老练情况下，不同压力级别对焊点可靠性的影响，由于散热器压紧载荷的作用，板级焊点的失效模式发生了变化，主要包括典型的疲劳裂纹造成的开路失效及蠕变塌陷引起焊点桥接造成的短路失效。开路失效主要发生在靠近封装的焊点内部，寿命周期数与压力级别成正比；短路失效主要发生在靠近基板层链接区域，寿命周期数与压力级别成反比。而蠕变坍陷引起焊点桥接是主要失效模式。

Ramgopal V.[20]等人对比不同散热装置质量在冲击条件下对焊点可靠性的影响，发现散热装置质量较大时焊点较易失效，在所有失效样本靠近电路板区域焊点中发现裂纹，部分失效样本中存在焊盘坑裂现象。Jyun-Ji Lin[22]等人针对散热装置对焊点蠕变可靠性模型进行简化，得到1mm间距的BGA封装器件，要使其寿命达到20年，最大的容许承受压力是2.28N。

3.3焊盘结构和焊盘涂层

焊盘和焊盘涂层作为焊点与器件及PCB连接的主要部分，是影响焊点可靠性的主要因素，现阶段常用的焊盘涂层主要为有机保焊膜(OSP)与无电镀镍金沉浸(ENIG)两种。针对这两种焊盘涂层已进行了大量研究，研究表明OSP在温度循环及温度冲击实验条件下，均具有良好的可靠性，但在跌落及动态弯曲实验条件下，OSP的可靠性低于ENIG[23]。为解决OSP在冲击条件可靠性较差的情况下，出现了一种新型的OSP，其主要特点是对铜焊盘进行部分蚀刻，产生凹痕，以提高抗冲击及弯曲的能力，Zhang[24]等人通过研究发现，在跌落实验条件下，该种新型OSP刻蚀焊盘焊点的寿命是ENIG焊盘的45到181倍。原因在于焊点裂纹产生和生长的位置发生了变化，ENIG焊盘裂纹发生在IM C层，而该新型焊盘裂纹发生在靠近基板一侧的焊球上。Hai[25]等人通过实验与有限元模拟结合的方法，验证了该新型OSP刻蚀焊盘在温度循环条件下的疲劳寿命低于传统ENIG焊盘的25%，其主要的失效原因有两种：一种是热膨胀系数不同造成的热失配；另一种则是由于蚀刻造成焊盘太薄，在热循环载荷下易产生损伤。

4结束语

通过对近年来BGA焊点可靠性研究进展的总结，主要针对新型封装结构，材料及尺寸，板级安装孔，散热器等各影响因素对BGA焊点可靠性的影响进行分析汇总，具有一定的研究指导意义。

现阶段的研究主要针对实验标准下焊点可靠性，针对实际工程应用中电路板焊点可靠性的研究仍然较少。但是在实际状况下，器件工作于整板环境中，要对整板上各器件焊点的可靠性情况进行了解，仍存在一定问题。如热循环实验条件下焊点热疲劳寿命，器件不处于工作状态，只受到周围环境的影响，在进行有限元模拟时，受到计算机计算能力的限制，多利用器件自身的几何对称性进行模型简化。在实际工作下，器件处于定时通/断电状态，在通电状态下器件自身具有功耗发热，不仅仅受到外界环境温度的影响，还同时受到其他器件发热的影响。器件自身具有温度梯度，不能简单地进行几何简化，要在满足计算机限制的同时保证计算的准确性，就需要提出一种现实可行的简化方法。对于实际状态下电路板焊点的可靠性仍有待进一步研究。

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焊点可靠性之焊点寿命预测

— 1 — 焊点可靠性之焊点寿命预测在产品设计阶段对SMT 焊点的可能服役期限进行预测，是各大电子产品公司为保证电子整机的可靠性所必须进行的工作，为此提出了多种焊点寿命预测模型。 (1) 基于Manson-Coffin 方程的寿命预测模型 M-C 方程是用于预测金属材料低周疲劳失效寿命的经典经验方程[9]。其基本形式如下： C N p f =ε?β (1-1) 式中 N f — 失效循环数； ?εp — 循环塑性应变范围； β, C — 经验常数。 IBM 的Norris 和Landzberg 最早提出了用于软钎焊焊点热疲劳寿命预测的M-C 方程修正形式[2]： )/exp()(max /1kT Q Cf N n p m f -ε?= (1-2) 式中 C, m, n — 材料常数； Q — 激活能； f — 循环频率； k — Boltzmann 常数； T max — 温度循环的最高温度。 Bell 实验室的Engelmaier 针对LCCC 封装SMT 焊点的热疲劳寿命预测对M-C 方程进行了修正[10]： c f f N /1'221???? ??εγ?= (1-3) )1ln(1074.1106442.024f T c s +?+?--=-- (1-4) 式中 ?γ — 循环剪切应变范围； f 'ε— 疲劳韧性系数，2f 'ε=0.65； c — 疲劳韧性指数； T s — 温度循环的平均温度。采用M-C 型疲劳寿命预测方程，关键在于循环塑性应变范围的确定。主要有两种方法：一种是解析法[10,11]，通过对焊点结构的力学解析分析计算出焊点在热循环过程中承受的循环应变范围，如Engelmaier 给出[10]：

网络系统可靠性研究现状与展望资料

网络系统可靠性研究现状与展望姓名：杨玉学校：潍坊学院院系:数学与信息科学学院学号：10051140234 指导老师：蔡建生专业：数学与应用数学班级：2010级二班

一、摘要伴随着人类社会的网络化进程，人类赖以生存的网络系统规模越来越庞大、结构越来越复杂，这导致网络系统可靠性问题越来越严峻。本文首先探讨了网络系统可靠性的发展历程、概念与特点，进而从度量参数、建模、分析、优化四个方面系统综述了网络系统可靠性的研究现状，最后对网络系统可靠性研究未来的发展进行了展望。二、关键词：可靠性；网络系统；综述；现状；展望三、引言 21 世纪以来，以信息技术的飞速发展为基础，人类社会加快了网络化进程。交通网络、通信网络、电力网络、物流网络……可以说，“我们被网络包围着”，几乎所有的复杂系统都可以抽象成网络模型，这些网络往往有着大量的节点，节点之间有着复杂的连接关系。自从小世界效应[1]和无标度特性[2]发现以来，复杂网络的研究在过去10 年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、管理学、社会学以及生物学等各个不同领域，仅发表在《Nature》和《Science》上的相关论文就达百篇。对复杂网络系统结构、功能、动力学行为的深入探索、科学理解以及可能的应用，已成为多个学科领域共同关注的前沿热点[3-14]。随着复杂网络研究的兴起，作为复杂网络最重要的研究问题之一，网络系统可靠性研究的重大理论意义和应用价值也日益凸显出来[15, 16]。人们开始关注：这些复杂的网络系统到底有多可靠？2003 年8 月美加大停电事故导致美国的8 个州和加拿大的2 个省发生大规模停电，约5000 万居民受到影响，损失负荷量61800MW，经济损失约300 亿美元；2005 年12 月台湾海峡地震造成多条国际海底通信光缆发生中断，导致整个亚太地区的互联网服务几近瘫痪，中国大陆至台湾地区、美国、欧洲等方向国际港澳台通信线路受此影响亦大量中断；2008 年1 月，南方冰雪灾害导致我国十余个省市交通瘫痪、电力中断、供水停止、燃料告急、食物紧张……这些我们赖以生存的网络系统规模越来越庞大，结构越来越复杂，但越来越频繁发生的事故也将一系列严峻的问题摆在我们面前：一些微不足道的事故隐患是否会导致整个网络系统的崩溃？在发生严重自然灾

焊点可靠性研究详解

SMT焊点可靠性研究前言近几年﹐随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术(SMT)的飞速发展﹐SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。与通孔组装技术THT(Through Hole Technology)相比﹐SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后﹐填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性﹐镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素﹐一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。但在表面组装技术中﹐铅料的填缝尺寸相对较小﹐铅料的圆角(或称边堡)部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用﹐焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多﹐铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。另外﹐表面组装技术中大尺寸组件(如陶瓷芯片载体)与印制线路板的热膨胀系数相差较大﹐当温度升高时﹐这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。如果温度超过铅料的使用温度范围﹐则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。对于小尺寸组件﹐虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低﹐但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为(蠕变和应力松弛)存在着蠕变损伤失效。因此﹐焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。 80年代以来﹐随着电子产品集成水平的提高,各种形式﹑各种尺寸的电子封装器件不断推出﹐使得电子封装产品在设计﹑生产过程中,面临如何合理地选择焊盘图形﹑焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。同时﹐迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断﹑对工艺参数的设置做出决策。目前﹐在表面组装组件的封装和引线设计﹑焊盘图形设计﹑焊点铅料量的选择﹑焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则﹐对工艺参数的选择﹑焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。因此﹐迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径﹐有效地提高表面组装技术的设计﹑工艺水平。研究表明﹐改善焊点形态是提高SMT焊点可靠性的重要途径。90年代以来﹐关于焊点形成及焊点可靠性分析理论有大量文献报导。然而﹐这些研究工作都是专业学者们针对焊点

计算机系统的焊点可靠性试验(doc 5页)

焊点可靠性试验的计算机模拟本文介绍，与实际的温度循环试验相比，计算机模拟提供速度与成本节约。在微电子工业中，一个封装的可靠性一般是通过其焊点的完整性来评估的。锡铅共晶与近共晶焊锡合金是在电子封装中最常用的接合材料，提供电气与温度的互联，以及机械的支持。由于元件内部散热和环境温度的变化而产生的温度波动，加上焊锡与封装材料之间热膨胀系统(CTE)的不匹配，造成焊接点的热机疲劳。不断的损坏最终导致元件的失效。在工业中，决定失效循环次数的标准方法是在一个温室内进行高度加速的应力试验。温度循环过程是昂贵和费时的，但是计算机模拟是这些问题的很好的替代方案。模拟可能对新的封装设计甚至更为有利，因为原型试验载体的制造成本非常高。本文的目的是要显示，通过在一个商业有限单元(finite element)代码中使用一种新的插入式专门用途的材料子程序，试验可以在计算机屏幕上模拟。建模与试验宁可通过计算程序试验来决定焊点可靠性的其中一个理由是缺乏已验证的专用材料模型和软件包。例如，市场上现有的所有主要的商业有限单元分析代码都对应力分析有效，但是都缺乏对焊点以统一的方式进行循环失效分析的能力。该过程要求一个基于损伤机制理论的专门材料模型和在实际焊点水平上的验证。可以肯定的是，所有主要的有限单元分析代码都允许用户实施其自己的用户定义的插入式材料子程序。直到现在，还不可能测量疲劳试验期间在焊点内的应力场，这对确认材料模型是必须的。在Buffalo大学的电子封装实验室(UB-EPL)开发的一个Moiré 干涉测量系统允许在疲劳试验到失效期间的应力场测试。基于热力学原理的疲劳寿命预测模型也已经在UB-EPL开发出来，并用于实际的BGA封装可靠性试验的计算机模拟。在焊点内的损伤，相当于在循环热机负载下材料的退化，用一个热力学构架来量化。损伤，作为一个内部状态变量，结合一个基于懦变的构造模型，用于描述焊点的反映。该模型通过其用户定义的子程序实施到一个商业有限单元包中。预测焊点的可靠性焊接点的疲劳寿命预测对电子封装的可靠性评估是关键的。在微电子工业中预测失效循环次数的标准方法是基于使用通过试验得出的经验关系式。如果

船舶结构可靠性分析

大连海洋大学船舶结构可靠性分析Analysis of the reliability of the ship structure 船舶结构可靠性分析研究综述研究领域：船舶与海洋工程（专硕）姓名：邓英杰学号： 2015085223012

船舶结构可靠性分析研究综述摘要：结构可靠性理论是60年代后才发展起来的一门新兴学科，作为结构强度理论与计算结构力学的一个新分支，具有工程实践和船舶安全评价的重大意义。本文就船舶结构可靠性分析近代的发展做了总结性的综述，从载荷、承载能力、可靠性分析方法三个角度出发，并对其今后的研究方向提出了建议。关键词：船舶结构；可靠性；船舶安全评价；分析方法 1 前言传统的船舶结构强度计算方法采用的是确定性方法，将船体载荷和材料力学特性等诸多因素都看做是确定性的单值量，这与实际不符，传统的确定性设计已不能满足现代船舶发展的需求，而采用概率统计的方法相比之下更为合理，进而诞生了船舶结构可靠性分析这一学科。 1969年，挪威学者Nordenstrom【1】发表船舶结构分析里程碑的一篇文章，率先将波浪载荷和船舶总纵强度的承载能力看做是随机分布的变量，进而分析船体的失效概率。1972年，美国学者对船体总纵强度的概率模型进行了系统的专题研究，船舶结构可靠性分析理论得到了进一步的发展。上个世纪80年代中期，船舶可靠性分析方法已经建立了起来。目前，世界各大船级社都在制定以可靠性分析为基础的船舶结构设计规则。

2 载荷对于船舶结构，静水载荷和波浪载荷是两种主要的载荷形式。波浪载荷的理论计算是基于上个世纪50年代末的切片理论建立起来的。80年代后期，人们对波浪载荷的研究增加了许多新的内容。S.G.Stiansen【2】提出了波浪载荷的概率模型，研究了低频相应和高频效应的概率组合问题；美国学者 C.G.Soares 从当时的技术水平出发，提出了一个船舶波浪载荷效应的可靠性分析标准模式。该方法的创新性在于，在线性切片理论计算船体波浪弯矩的基础之上，将高频载荷以经验性影响因子的形式与低频波浪弯矩组合。在早期, 波浪载荷计算中应用的大多是线性理论。随着研究的深入和实践经验的增加, 波浪载荷的非线性性质引起了人们的关注。大量的实船测量和船模试验表明, 行驶在汹涛中的高速舰船, 由于船体的非直舷, 以及底部砰击、外张砰击和甲板上浪等因素的影响, 导致舰船的运动, 特别是波浪载荷呈明显的非线性。这时, 在规则波中的运动不再具有简谐性质, 中垂波浪弯矩幅值明显大于中拱时的幅值。加突出的是, 由于底部砰击和外张砰击, 使船体剖面内出现高频振动弯矩。这种弹性振动是一种瞬态响应, 在高海况下, 两者迭加而成的中垂合成弯矩幅值将远大于线性理论的计算结果。为了计算砰击振动弯矩，一种被称为“两步走”的方法被广泛使用，即先在刚体假设下计算船体运动和作用在其上的水动力，

WLCSP器件焊点可靠性

Rate-dependent properties of Sn–Ag–Cu based lead-free solder joints for WLCSP Y.A.Su a ,L.B.Tan a ,T.Y.Tee b ,V.B.C.Tan a,* a National University of Singapore,Department of Mechanical Engineering,9Engineering Drive 1,Singapore 117576,Singapore b Amkor Technology,Inc.,2Science Park Drive,Singapore 118222,Singapore a r t i c l e i n f o Article history: Received 22July 2009 Received in revised form 18January 2010Available online 24February 2010 a b s t r a c t The increasing demand for portable electronics has led to the shrinking in size of electronic components and solder joint dimensions.The industry also made a transition towards the adoption of lead-free solder alloys,commonly based around the Sn–Ag–Cu alloys.As knowledge of the processes and operational reli-ability of these lead-free solder joints (used especially in advanced packages)is limited,it has become a major concern to characterise the mechanical performance of these interconnects amid the greater push for greener electronics by the European Union. In this study,bulk solder tensile tests were performed to characterise the mechanical properties of SAC 105(Sn–1%wt Ag–0.5%wt Cu)and SAC 405(Sn–4%wt Ag–0.5%wt Cu)at strain rates ranging from 0.0088s à1to 57.0s à1.Solder joint array shear and tensile tests were also conducted on wafer-level chip scale package (WLCSP)specimens of different solder alloy materials under two test rates of 0.5mm/s (2.27s à1)and 5mm/s (22.73s à1).These WLCSP packages have an array of 12?12solder bumps (300l m in diameter);and double redistribution layers with a Ti/Cu/Ni/Au under-bump metallurgy (UBM)as their silicon-based interface structure. The bulk solder tensile tests show that Sn–Ag–Cu alloys exhibit higher mechanical strength (yield stress and ultimate tensile strength)with increasing strain rate.A rate-dependent model of yield stress and ultimate tensile strength (UTS)was developed based on the test results.Good mechanical perfor-mance of package pull-tests at high strain rates is often correlated to a higher percentage of bulk solder failures than interface failures in solder joints.The solder joint array tests show that for higher test rates and Ag content,there are less bulk solder failures and more interface failures.Correspondingly,the aver-age solder joint strength,peak load and ductility also decrease under higher test rate and Ag content.The solder joint results relate closely to the higher rate sensitivity of SAC 405in gaining material strength which might prove detrimental to solder joint interfaces that are less rate sensitive.In addition,speci-mens under shear yielded more bulk solder failures,higher average solder joint strength and ductility than specimens under tension. ó2010Elsevier Ltd.All rights reserved. 1.Introduction Electronic components are shrinking in size to meet demands for lightweight and feature ?lled portable electronic products.This leads to decreasing solder joint dimensions,where mechanical reli-ability has become an issue [1],especially under high strain rate conditions during testing,transport and handling,impact loading under automotive [2]and consumer portable applications. Tin lead alloy (SnPb)was commonly used as a solder material in microelectronic packaging,but it is also hazardous to the environ-ment and health.Therefore,the industry made a transition to lead-free solders,with the implementation a ban on lead (Pb)from elec-tronic products by the EU RoHS (restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment)in July 2006.The transition to lead-free solders is led by the widely adopted Sn–Ag–Cu (SAC)eutectic [3].However,some studies have shown that standard SAC alloys such as SAC 405(Sn–4%wt Ag–0.5%wt Cu)have poorer mechanical performance than eutectic SnPb under high strain rate conditions [4].Moreover,with the increasing popularity of portable devices,the performance of Sn–Ag–Cu solder joints under high strain rate and large rate ranges typical of drop impact situations is a major concern. In this study,dogbone-shaped bulk material tensile tests were conducted to investigate the effect of strain rate and silver content on the material properties of Sn–Ag–Cu solders.Solder joint array shear and tensile experiments were conducted on WLCSP speci-mens of different alloy materials under different strain rates and loading orientations to investigate the effects of strain rate,silver content in Sn–Ag–Cu solder joints,and loading orientation on microelectronic packages.Failure analyses were also performed on the fractured dogbone-shaped bulk material test specimens and WLCSP solder joints. 0026-2714/$-see front matter ó2010Elsevier Ltd.All rights reserved.doi:10.1016/j.microrel.2010.01.043 *Corresponding author. E-mail address:mpetanbc@https://www.wendangku.net/doc/9c14248940.html,.sg (V.B.C.Tan). Microelectronics Reliability 50(2010) 564–576 Contents lists available at ScienceDirect Microelectronics Reliability journal homepage:w w w.e l s e v i e r.c o m /l oc a t e /m i c r o r e l

机械可靠性综述

机械可靠性设计综述摘要：可靠性优化设计是在常规优化设计的基础上，结合可靠性设计理论发展起来的一种有效的优化设计方法。本文在总结现有文献的基础上对机械可靠性优化设计进行了综述，系统阐述了机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。关键词：可靠性；优化设计；可靠性试验 Review of Optimization Design of Mechanical Reliability REN Ju-peng (School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Student ID: 1270174) Abstract：On the basis of traditional optimization design, combined with the theory of reliability design, reliability optimization design is an effective optimization design method. In this paper, the existing literatures are firstly summarized, then the theory and method of mechanical reliability, reliability design, reliability optimization design and reliability test are systematically reviewed. Key words：reliability; optimization design; reliability test 随着现代工业技术的飞速发展，机械产品日趋复杂化、大型化、高参数化，使产品发生故障的机会增多，因而，可靠性作为产品质量的主要指标，愈来愈受到工程界的重视。机械可靠性，是指机械产品在规定的使用条件、规定的时间内完成规定功能的能力。机械的可靠性是机械设计的主要目的之一，有效地增强产品质量、降低产品成本、减轻整机质量、提高可靠性和作业效率是可靠性设计的主要目标。随着工业技术的发展，机械产品性能参数日益提高，结构日趋复杂，使用场所更加广泛，产品的性能和可靠性问题也就越来越突出。机械可靠性设计的基本任务是在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提供实际计算的数学力学模型和方法及实践。科技研究人员和工程设计人员积极投入到可靠性工程的研究与实践之中，取得了可喜的成果。张义民[1]结合现代数学力学理论，系统地阐明机械可靠性设计、机械动态可靠性设计、机械可靠性优化设计、机械可靠性灵敏度设计、机械可靠性稳健设计等可靠性设计理论与方法内涵与递进。陈静等[2]阐述了机械产品优化设计及可靠性的相关理论，介绍了可靠性优化设计的应用及发展现状，并介绍了机械行业相关的软件应用情况。喻天翔等[3]对当前机械可靠性的特点和争议进行介绍，从Bayesian理论、FMECA和疲劳可靠性试验三个方面总结了机械可靠性试验技术相关的重要理论问题及其发展，并阐述了可靠性增长试验、加速试验和微机械可靠性试验技术的国内外发展，总结了机械可靠性试验技术研究存在的问题及其发展趋势。本文将在上述文献的基础上对机械可靠性优化设计进行综述，系统阐述机械可靠性、可靠性设计、可靠性优化设计及可靠性试验的理论及方法。 1可靠性设计 1.1 可靠性设计传统的机械设计方法认为零件的强度和应力都是单值，只要计算出的安全系数大于规定的安全系数，就认为零件是安全的，因而设计过程中忽略了各设计参数的随机性。可靠性设计将零件的应力和强度作为随机变量，认为应力受到各种环境因素(温度、腐蚀、粒子辐射等)的影响，具有一定的分布规律；强度受材料的性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响，也是具有一定的分布规律。可靠性设计认为所设计的任一机械存在着一定的失效可能性，设计时根据需要预先控制的失效概率或可靠度，考虑各参数的随机性及分布规律，以反映出零部件的实际工作状况。产品的可靠性表示产品在规定使用条件和使用期限内，保持其正常技术性能完成规定功能的能力。可靠性设计的一个目标是计算可靠度，可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。其表达式为： ()0 () x g X R f X dX > =? 式中f x(X)为基本随机参数向量 T 12 (,,) n X X X X =???的联合概率密度；g(X)为状态函数，可表示零件的不同状态：g(X)>0为安全状态，

焊点可靠性研究

SMT焊点可靠性研究近几年，随着支配电子产品飞速发展的高新型微电子组装技术--表面组装技术（SMT）的飞速发展，SMT焊点可靠性问题成为普遍关注的焦点问题。与通孔组装技术THT（Through Hole Technology）相比，SMT在焊点结构特征上存在着很大的差异。THT焊点因为镀通孔内引线和导体铅焊后，填缝铅料为焊点提供了主要的机械强度和可靠性，镀通孔外缘的铅焊圆角形态不是影响焊点可靠性的主要因素，一般只需具有润湿良好的特征就可以被接受。但在表面组装技术中，铅料的填缝尺寸相对较小，铅料的圆角（或称边堡）部分在焊点的电气和机械连接中起主要作用，焊点的可靠性与THT焊点相比要低得多，铅料圆角的凹凸形态将对焊点的可靠性产生重要影响。另外，表面组装技术中大尺寸组件（如陶瓷芯片载体）与印制线路板的热膨胀系数相差较大，当温度升高时，这种热膨胀差必须全部由焊点来吸收。如果温度超过铅料的使用温度范围，则在焊点处会产生很大的应力最终导致产品失效。对于小尺寸组件，虽然因材料的CTE 失配而引起的焊点应力水平较低，但由于SnPb铅料在热循环条件下的粘性行为（蠕变和应力松弛）存在着蠕变损伤失效。因此，焊点可靠性问题尤其是焊点的热循环失效问题是表面组装技术中丞待解决的重大课题。 80年代以来，随着电子产品集成水平的提高，各种形式、各种尺寸的电子封装器件不断推出，使得电子封装产品在设计、生产过程中，面临如何合理地选择焊盘图形、焊点铅料量以及如何保证焊点质量等问题。同时，迅速变化的市场需求要求封装工艺的设计者们能快速对新产品的性能做出判断、对工艺参数的设置做出决策。目前，在表面组装组件的封装和引线设计、焊盘图形设计、焊点铅料量的选择、焊点形态评定等方面尚未能形成合理统一的标准或规则，对工艺参数的选择、焊点性能的评价局限于通过大量的实验估测。因此，迫切需要寻找一条方便有效的分析焊点可靠性的途径，有效地提高表面组装技术的设计、工艺水平。研究表明，改善焊点形态是提高SMT焊点可靠性的重要途径。90年代以来，关于焊点形成及焊点可靠性分析理论有大量文献报导。然而，这些研究工作都是专业学者们针对焊点可靠性分析中的局部问题进行的，尚未形成系统的可靠性分析方法，使其在工程实践中的具体应

结构可靠性理论的现状与发展

结构可靠性理论的现状与发展 1.引言工程结构设计的主要目的在于以最经济的途径来满足建筑物的功能要求，而可靠度是满足这一目的的有效控制参数。可靠度理论是在20世纪40年代开始提出的。最早源于军事需要用来提高电子元件的可靠度。将可靠度理论引入结构工程并加以发展无疑是结构工程学科的重大进展之一，并在许多方面得到成功应用。我国对结构可靠度理论的研究工作开展得较晚。20世纪60年代土木工程界曾广泛开展过结构安全度的研究和讨论；20世纪70年代把半经验半概率的方法用于结构设计规范中，并于1980年提出《结构设计统一标准》，从此，结构可靠度理论的应用才在国内开展。结构可靠性通常定义为：在规定的使用条件和环境下，在给定的使用寿命期间，结构有效地承受载荷和耐受环境而正常工作的能力。结构可靠性的数t指标通常用概率表示，称为结构可靠度。结构可靠性是一个广义概念，通常包含结构的安全性、适用性和耐久性三个方面。为保证结构的可靠性，首先要研究建造结构所使用材料的各项力学性能，结构上各种作用的特性，结构的内力分析方法及结构的破坏机理，除此之外，还要做到精心设计，选取合理的结构布置方案和保证结构具有明确的传力路径；精心施工，严格按照施工规程进行操作；正常使用，按设计要求使用结构并进行正常维护。然而，即便如此，也不能保证结构绝对的安全或可靠，这是因为在结构的设计、建造和使用过程中，还存在着种种影响结构可靠性的不确定性。即随机性、模糊性和知识的不完善性，合理、正常的设计、施工和使用只是保证结构具有一定可靠性的前提和基本条件。自20世纪20年代起，国际上开展了结构可靠性基本理论的研究，并逐步扩展到结构分析和设计的各个方面，包括我国在内，研究成果已应用于结构设计规范，促进了结构设计基本理论的发展。本文将基于大量的研究文献，从结构可靠性分析方法、结构体系可靠度、结构承载能力与正常使用极限状态可靠度、结构疲劳与动力可靠度、钢筋混凝土结构施工期与老化期可靠度五个方面对国内外工程结构可靠度理论和应用的发展现状作概括性地介绍， 2.结构可靠性分析方法 2.1 一次二阶矩法在实际工程中，占主流的一次二阶矩法应用相当广泛，已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理，所以该类方法是一种近似的计算方法，但具有很强的适用性，计算精度能够满足工程需求。均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、Jc法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。 (1)均值一次二阶矩法。早期结构可靠度分析中，假设线性化点x 0t 就是均值点 m ，而由此得线性化的极限状态方程，在随机变量X t (i=1，2，?，n)统计独立的条件下，直接获得功能函数z的均值m x 及标准差σ x ，由此再由可靠指标β的定义求取 β= m x／σx。该方法对于非线性功能函数，因略去二阶及更高阶项，误差将随着线

基于重要节点和环境因素的电力通信网可靠性研究

36 EPEM 2019.9 电网运维 Grid Operation 引言电力通信网的可靠工作对电力业务的正常传输有着直接的影响，由于实际场景的多样性和复杂性，不同的电力业务本身有着不同的重要程度或者优先级别，重要电力业务和边缘电力业务的可靠性程度要求是不一样的，因此，电力通信网的可靠性也需要结合电力业务的情况来考虑，这样才能适用于实际的电力通信网环境。同时，电力通信网中设备和系统自身的故障能直接影响网络的正常工作，甚至能直接导致网络长时间处于中断状态。电力通信网所处的外部环境也会对网络可靠性产生直接影响，比如恶劣的工作环境相比于适宜的工作环境，网络故障的频率更高。可以看出，对于电力通信网可靠性的分析，不仅需要从多角度去思考，更要结合电力通信网的实际情况比如电力业务、故障、网络的实际工作环境等等来综合研究。 1 电力通信网可靠性研究现状重要节点对于电力通信网可靠性的维护至关重要，所以现有的很多研宄都是基于重要节点展开，出现了很多电力通信网节点重要度的评价方法。现有的网络节点重要度评价大多重点关注网络拓扑参数[1]。从拓扑结构来说，与非割点相比，割点对于网络拓扑的完整性和健壮性都有着更为重要的影响。如果网络中的一个割点因为自身或者外界原因导致该割点不能正常工作，不能进行电力业务的传输，那么基于重要节点和环境因素的电力通信网可靠性研究南方电网保山供电局师超苏蓉何光层苏现金彭文英摘要：介绍电力通信网络及可靠性分析的相关知识，针对基于重要节点和特殊环境因素两方面的可靠性评估技术所面临的挑战及解决思路进行展望。关键词：电力系统；电力通信；可靠性整张网络被分成多张子网络，那么这张网络也就失去了完整性而导致网络更为脆弱和易受攻击。同时，各个连通分量中的节点与其他连通分量中的节点间的正常通信被中断，导致网络不能正常运行下去[2]。从拓扑结构来说，与非割点相比，割点对于网络拓扑的完整性和健壮性都有着更为重要的影响。如果网络中的一个割点因为自身或者外界原因导致该割点不能正常工作，不能进行电力业务的传输，那么整张网络被分成了多张子网络，那么这张网络也就失去了完整性而导致网络更为脆弱和易受攻击。同时，各个连通分量中的节点与其他连通分量中的节点间的正常通信被中断，导致网络不能正常运行下去。而非割点故障不会导致整张网络连通分量的改变，而且也可通过起点和终点间路由的改变来使得正常的业务传输进行下去。总的来说，将割点从网络拓扑中抽离出来，在网络拓扑层面区分网络割点的顶点和非网络割点的顶点对网络可靠性的影响是非常有必要的。本文在考虑网络拓扑结构时，会在网络凝聚度的基础上加入割点因素的影响，这个是其他网络拓扑层分析电力通信网节点重要度的文献中所没有考虑到的因素。然而，仅仅从网络拓扑层面分析电力通信网可靠性是不够的，这样仅是将电力通信网当成了一张数学意义上的图来分析，应该结合电力通信网的特点。电网通信网络是用于电力系统的专用通信网络，其承载用于电力生产和管理的各种服务，并且对电网的安全和稳定运行具有重要影响[3]。电力通信网

SMT焊点疲劳失效机理分析

SMT焊点疲劳失效机理分析随着电子产品组装密度越来越高，承担机械与电气连接功能的焊点尺寸越来越小，而任意一个焊点的失效就有可能造成器件甚至系统的整体失效。因此焊点的可靠性是电子产品可靠性的关键之一。在实际中，焊点的失效通常由各种复杂因素相互作用引发，不同的使用环境有不同的失效机理，广州贴片厂多年经验得知，焊点的主要失效机理包括热致失效、机械失效和电化学失效等。热致失效主要是由热循环和热冲击引起的疲劳失效，高温导致的失效同样包括在内。由于表面贴装元件、PCB和焊料之间的热膨胀系数不匹配，当环境温度发生变化时或元件本身功率发热时，由于元器件与基板的热膨胀系数不一致，焊点那就会产生热应力，应力的周期性变化导致焊点的热疲劳失效。热疲劳失效的主要变形机理是蠕变，当温度超过炉点温度的一半时，蠕变就成为重要的变形机理，对于锡铅焊点而言，即使在室温时已超过熔点温度的一半，因此在热循环过程中蠕变成为主要的热变形疲劳失效机理。相对于热循环而言，热冲击造成的失效是由不同温升速率和冷却速率给组件带来的较大附加应力而产生的。在热循环时，可以认为组件各部分的温度完全一致；而在热冲击条件下由于比热、质量、结构和加热方式等各种因素的影响，组件各部分温度不相同从而产生附加的热应力。热冲击会导致许多可靠性问题，如过载中的汗点疲劳、敷行涂覆处的裂纹导致腐蚀失效和组件故障。热冲击还有可能导致在缓慢的热循环过程中没有出现的失效形式。机械失效主要是指由机械冲击引起的过载与冲击时效以及由机械振动引起的机械疲劳失效。当印制电路组件受到弯曲，晃动或其他的应力作用时，将可能导致焊点失效。当印制电路组件受到弯曲晃动或其他的应力作用时，将可能导致焊点失效。一般而言，越来越小的焊点是组件中最薄弱的环节。然而当它连接柔性结构如有引脚的元件到PCB上时，由于引脚可以吸收一部分应力，故焊点不会承受很大的应力。但是，当组装无引脚元件时特别是对于大面积的BGA器件，当组件受到机械冲击使，如跌落和PCB在后续的装备和测试工序中受到了较大的冲击和弯曲，而元件本身的刚性又比较强势，焊点就会承受较大的应力。特别对于无铅焊接的便携式电子产品，由于他的小体积、重量轻和易于滑落等特点是其在使用过程中更容易发生碰撞和跌落，而无铅焊料相比传统的铅锡焊料较高的弹性模量和其它不同的物理、力学特征使得无铅焊点抗机械冲击能力下降。因此对于无铅化后的便携式电子产品，及跌落冲击可靠性应该受到重视，当焊接部位受到由振动产生的机械应力反复作用时会导致焊点疲劳失效。即使这种应力远低于屈服应力水平时，也可能引起金属材料疲劳，经过大量小幅值、高频率振动循环之后，振动疲劳失效就会发生。尽管每次振动循环对焊点的破坏很小，

工程结构可靠度理论的研究现状与展望

工程结构可靠度理论的研究现状与展望刘玉彬 (大连民族学院土木建筑工程学院,辽宁大连　116605) 摘　要:对结构可靠度理论及应用的国内外研究现状进行了概括性总结;简要叙述了可靠度理论在我国工程结构设计规范的发展中所起的推动作用;提出结构可靠度理论将朝着正常使用极限状态结构的可靠度、结构的疲劳可靠度、结构的模糊可靠度、结构的动力可靠度、结构的体系可靠度等方向进行研究,以期为我国在这方面研究的进一步发展提供参考1 关键词:工程结构;可靠度;研究现状;设计标准;发展趋势中图分类号:T U3文献标识码:A 文章编号:1009-315X (2006)05-0001-03 工程结构可靠度是指结构在规定的时间内, 在规定的条件下,完成预定功能的能力1“规定的时间”,是指分析结构可靠度时考虑各项基本变量与时间关系所取用的时间参数,即设计基准期;“规定的条件”是指结构设计时所确定的正常设计、正常施工和正常使用的条件,即不考虑人为过失的影响;“预定功能”是指以下4种功能:(1)能承受在正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用(荷载);(2)在正常使用时,结构及其组成构件具有良好的工作性能;(3)在正常维护下具有足够的耐久性;(4)在发生规定的偶然事件情况下,结构能保持必要的整体稳定性1 1　工程结构可靠度的研究现状 111　在役结构的可靠度评估和维修决策问题对在役建筑结构的可靠度评估与维修决策已成为建筑结构学的边缘学科1它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论,而且与施工技术、检测手段和建筑物的维修使用情况等有着密切的关系[1] 1对已有结构可靠度的评估采用的方法属于“实用分析法”,是在传统经验方法的基础上,结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法1目前,对已有结构的可靠度分析方法,是以当时实测的结构材料强度和构件截面尺寸为依据,没有考虑腐蚀环境中材料性能的变化1如何根据已有结构本身材料性能的实测结果,来推断该结构的抗力随时间的变化而变化的规律,进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命,是已有结构可靠度研究的一项重要内容1 随着使用年限的增长,混凝土的老化问题日益突出1对于耐久性不足或老化的结构,存在一个最佳维修决策的问题1在目前的研究中,有些内容过于理论化,与实际工程问题相差较远1另外,对处于不同环境下建筑物使用寿命的安全性评估问题,在结构设计的工作寿命期如何通过正常使用和必要的维护保证结构应有的可靠度,超过正常使用年限后如何安全地继续服役等都应是可靠度研究的重要方面1 112　腐蚀环境下结构可靠度的分析对于钢筋混凝土结构,其常见的腐蚀失效模式为:混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏1对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析,目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化,对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀,从而使其瓦解方面的研究还不是很多1在现今的这些研究中,有的并未考虑结构设计参数对混凝土中钢筋腐蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响,有的虽做了考虑,但并没有考虑二者之间的相关性[2] 1因此,结果不尽合理1 ? 1?收稿日期:2006-06-251 作者简介:刘玉彬(1964-),男,吉林通榆人,大连民族学院土木建筑工程学院教授,博士,学校优秀学科带头人1研究方向:工程结构广义可靠性理论、工程结构设备理论1 2006年第5期(总第34期)刘玉彬:工程结构可靠度理论的研究现状与展望 9月15日出版