無(wú)鉛便攜式電子產(chǎn)品板級(jí)組件的TFBGA跌落可靠性研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC編號(hào)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目無(wú)鉛便攜無(wú)鉛便攜式電子產(chǎn)品板級(jí)組件的式電子產(chǎn)品板級(jí)組件的TFBGATFBGA跌落可靠性研究跌落可靠性研究（英文）（英文）StudyonreliabilityfTFBGAofleadfreeptableelectronicproductsboardlevelassembly研究生姓名:周斌指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):潘開(kāi)林副教授申請(qǐng)學(xué)位門(mén)類(lèi)::工學(xué)碩士學(xué)科、專(zhuān)科、專(zhuān)業(yè)::機(jī)械制

2、造及其自動(dòng)化提交論文日期:2007年4月論文答辯日期:2007年6月2007年6月6日摘要摘要便攜式電子產(chǎn)品因其小體積、低重量而在使用或運(yùn)輸過(guò)程中易被跌落或滑落或受沖擊，因跌落引起的應(yīng)力容易導(dǎo)致焊點(diǎn)失效乃至整機(jī)故障，對(duì)貼裝有細(xì)間距球柵陣列封裝元器件（TFBGA：Thinprofilefinepitchballgridarray）的印制電路板尤為如此。便攜式電子產(chǎn)品的迅速普及以及微型化與輕重量的要求使得TFBGA被大量使用導(dǎo)致這一問(wèn)題更加

3、嚴(yán)峻，同時(shí)，隨著無(wú)鉛法規(guī)的實(shí)施，無(wú)鉛焊點(diǎn)相對(duì)錫鉛焊點(diǎn)更高的剛度和更大的彈性模量使其更易因跌落或沖擊而失效。因此，焊點(diǎn)跌落可靠性是無(wú)鉛便攜式電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵內(nèi)容。鑒于跌落測(cè)試試驗(yàn)具有高成本和長(zhǎng)周期的局限性，本文將理論分析和動(dòng)態(tài)仿真相結(jié)合，首先根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論，推導(dǎo)簡(jiǎn)化PCB組件的跌落振動(dòng)方程并求出特定邊界條件下的解析解。然后以典型無(wú)鉛TFBGA為對(duì)象，以ANSYS為前處理器，根據(jù)JEDEC跌落測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，建立兩種無(wú)鉛TFBGA的板級(jí)跌落模

4、型，運(yùn)用LSDYNA顯式求解器進(jìn)行跌落仿真分析，獲得了PCB和焊點(diǎn)在跌落沖擊下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并對(duì)兩種仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，將Input－G模型和動(dòng)態(tài)子模型相結(jié)合，研究了焊盤(pán)類(lèi)型、焊盤(pán)厚度、焊點(diǎn)高度、焊點(diǎn)直徑和焊點(diǎn)材料等對(duì)焊點(diǎn)跌落性能的影響。同時(shí)基于應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，定量預(yù)測(cè)了無(wú)鉛焊點(diǎn)的跌落沖擊壽命并通過(guò)理論和仿真模態(tài)分析，研究了PCB支撐螺釘數(shù)目與跌落沖擊下PCB彎曲變形的關(guān)系，探討了各階模態(tài)對(duì)PCB彎曲變形的影響。最后，設(shè)計(jì)了便攜

5、式電子產(chǎn)品用元器件的板級(jí)跌落測(cè)試試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，在跌落沖擊條件下：（1）PCB的機(jī)械沖擊和彎曲變形是導(dǎo)致焊點(diǎn)應(yīng)力甚至跌落失效的主要原因；（2）對(duì)于四螺釘支撐PCB，其中心區(qū)域TFBGA的最外端角落處焊點(diǎn)最易失效；（3）焊點(diǎn)跌落沖擊壽命隨最大法向應(yīng)力的增加而降低；（4）元器件一側(cè)采用SMD(SolderMaskDefined)焊盤(pán)設(shè)計(jì)更易引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊點(diǎn)具有較差跌落性能；（5）焊點(diǎn)最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在元件焊點(diǎn)一側(cè)還是PCB焊點(diǎn)一側(cè)

6、很大程度上取決于焊盤(pán)厚度；（6）同等條件下，無(wú)鉛焊點(diǎn)相比錫鉛焊點(diǎn)具有更大跌落沖擊應(yīng)力，根據(jù)應(yīng)力失效標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)鉛焊點(diǎn)具有比錫鉛焊點(diǎn)差的跌落壽命；（7）模態(tài)分析結(jié)果表明，一階彎曲模態(tài)是影響PCB彎曲變形的主要因素，采用更多螺釘支撐固定PCB，降低一階模態(tài)的影響，有利于提高焊點(diǎn)跌落性能。本文提出將動(dòng)態(tài)子模型和InputG模型相結(jié)合研究焊點(diǎn)跌落可靠性以及基于模態(tài)疊加的PCB支撐優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為進(jìn)一步開(kāi)展焊點(diǎn)跌落可靠性研究找到了一條便利而實(shí)用的途徑