板級(jí)無(wú)鉛焊點(diǎn)跌落沖擊載荷下可靠性分析.pdf

1、無(wú)鉛電子器件相對(duì)于含鉛電子器件來(lái)說(shuō)，無(wú)論在物理力學(xué)性能還是在可靠性方面都存在一定的差異。同時(shí)，隨著手持式、便攜式小型電子產(chǎn)品的廣泛使用，在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用過程中難免跌落、碰撞，引起其外殼機(jī)械損壞；更嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致連接在外殼內(nèi)PCB(Printed Circuit Board)上的BGA(Ball Grid Array)焊點(diǎn)受到過大的沖擊應(yīng)力應(yīng)變，極有可能失效。因電子器件失效主要由焊點(diǎn)失效引起，所以有必要對(duì)無(wú)鉛電子器件在機(jī)械沖擊力作用下的可

2、靠性進(jìn)行研究，以便為焊點(diǎn)可靠性試驗(yàn)研究、失效模型預(yù)測(cè)提供依據(jù)。本論文在JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板焊點(diǎn)可靠性已有的研究基礎(chǔ)上，對(duì)圓形PCB板焊點(diǎn)的可靠性預(yù)測(cè)進(jìn)行探索性研究。 本論文的主要工作和成果(結(jié)論)： 1．本文首先回顧了板級(jí)無(wú)鉛焊點(diǎn)可靠性分析的歷史及其發(fā)展，對(duì)國(guó)內(nèi)外板級(jí)無(wú)鉛焊點(diǎn)沖擊可靠性分析作了較為詳細(xì)的介紹。分析了基于無(wú)鉛與手持式、便攜式電子產(chǎn)品的特點(diǎn)，對(duì)所做的工作做了詳細(xì)的描述，提出了本文中所碰到的問題，指出文中要做的工作

3、難點(diǎn)和關(guān)鍵。 2．針對(duì)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板做壽命預(yù)測(cè)模型時(shí)存在樣本統(tǒng)計(jì)不科學(xué)性的局限性，設(shè)計(jì)了一種圓形PCB。 3．采用數(shù)值模擬方法與模態(tài)測(cè)試方法對(duì)帶有芯片、電子元器件的電路板系統(tǒng)在自由-自由狀態(tài)下和固定狀態(tài)下進(jìn)行了模態(tài)頻率與模態(tài)振型的計(jì)算及測(cè)量。對(duì)無(wú)貼裝芯片的PCB進(jìn)行了自由-自由狀態(tài)下的模態(tài)試驗(yàn)及有限元模擬，進(jìn)而確定了貼裝芯片PCB的彈性模量。模態(tài)試驗(yàn)與跌落試驗(yàn)中PCB邊界條件一樣，通過對(duì)固定模態(tài)的測(cè)試，確定了跌落沖擊下

4、有限元模擬中的邊界條件。 4．建立了無(wú)鉛焊點(diǎn)三維有限元模型，運(yùn)用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板與設(shè)計(jì)測(cè)試板進(jìn)行跌落沖擊載荷下的應(yīng)力應(yīng)變動(dòng)態(tài)計(jì)算與分析，討論了加速度脈沖幅值、脈沖時(shí)間、阻尼、以及不同種類沖擊波波形對(duì)沖擊響應(yīng)的影響。得出焊點(diǎn)的應(yīng)力狀況與PCB板的撓曲變形存在一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證了PCB板在跌落沖擊過程中彎曲振動(dòng)導(dǎo)致的交變應(yīng)力是焊點(diǎn)破壞的原因。找到了焊點(diǎn)陣列的薄弱環(huán)節(jié)，得出了焊點(diǎn)陣列角端焊點(diǎn)的法向應(yīng)力比焊

5、點(diǎn)陣列中間法向應(yīng)力大；對(duì)于單個(gè)焊點(diǎn)，焊點(diǎn)兩端的法向應(yīng)力比焊點(diǎn)中部的法向應(yīng)力大，焊點(diǎn)與焊盤連接端的法向應(yīng)力比焊點(diǎn)與PCB連接端法向應(yīng)力大。由此表明：對(duì)于電路板系統(tǒng)，焊點(diǎn)若發(fā)生失效，將會(huì)先在陣列的角端以及焊點(diǎn)與焊盤連接端發(fā)生失效。 5．運(yùn)用試驗(yàn)的方法測(cè)定了封裝器件面朝下、PCB板水平放置，對(duì)應(yīng)有限元模擬焊點(diǎn)法向應(yīng)力最大處PCB的應(yīng)變。模擬與試驗(yàn)得出了一致的結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了有限元模擬的可靠性，為進(jìn)行焊點(diǎn)壽命預(yù)測(cè)模型的建立提供了依據(jù)。