BGA焊點在地震及沖擊載荷下的動力學分析.pdf

1、表面貼裝技術(shù)作為新一代封裝技術(shù)，有成本低、集成度高、電子組件重量輕、易于自動化等優(yōu)點，是現(xiàn)代電子工業(yè)的主要封裝形式，然而它也存在連接元器件和電路板的焊點易失效的問題。造成焊點失效的起因主要有熱/功率循環(huán)；PCB彎曲、振動；沖擊和跌落三種。由于熱疲勞失效是焊點失效的主要因素，所以關(guān)于焊點可靠性的很多研究都集中在熱失效上。但是在復雜的動力學環(huán)境中，焊點失效的主要因素是振動沖擊，振動沖擊環(huán)境因素對電子封裝可靠性的影響已逐漸引起了半導體集成電路

2、行業(yè)的重視，但到目前為止，瞬態(tài)沖擊和隨機振動對焊點可靠性的研究都不夠系統(tǒng)和深入，所投入的研究力度遠不如對熱循環(huán)造成焊點失效的研究，因此對SMT焊點進行這方面的研究是很有必要的。 本文采用試驗和有限元模擬相結(jié)合的方法，主要研究安裝在機柜或機箱中電路板上的BGA焊點在地震和沖擊載荷下的應(yīng)力分布。 首先，采用錘擊法測定帶芯片、電子元器件及BGA焊點的電路板系統(tǒng)自由－自由狀態(tài)下的模態(tài)頻率，以電路板系統(tǒng)的固有特性－模態(tài)頻率作為檢驗

3、電路板系統(tǒng)有限元模型的依據(jù)；利用錘擊法和激光全息技術(shù)相結(jié)合測試電路板安裝在機箱中的模態(tài)，作為機柜－電路板系統(tǒng)或機箱－電路板系統(tǒng)有限元模型中確定電路板與機箱連接條件的依據(jù)。通過試驗發(fā)現(xiàn)，電路板安裝在機箱中，槽的位置不同對電路板模態(tài)的影響不大。 接著，根據(jù)NEBS標準（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)要求）計算機柜－電路板系統(tǒng)在地震載荷作用下焊點的應(yīng)力響應(yīng)，得到了機柜的頻率和電路板系統(tǒng)的特性，探討了電路板在機柜中的安裝方向?qū)更c應(yīng)力響應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)

4、機柜基頻越低，機柜在地震載荷下的響應(yīng)越大，但是只要設(shè)計時保證電路板平面垂直于機柜剛度最小方向，就可以避免焊點應(yīng)力過大，此時對焊點應(yīng)力響應(yīng)起主導作用的是電路板的頻率，所以為了減小焊點應(yīng)力，應(yīng)該盡可能提高安裝在機柜或機箱中電路板系統(tǒng)的基頻。 最后，根據(jù)IEC68-2-27要求，通過有限元模擬考察BGA焊點的抗沖擊能力。為了建立室外機箱－電路板系統(tǒng)的有限元模型，先對室外機箱進行模態(tài)試驗，測得其幾階模態(tài)頻率，以此檢驗室外機箱的有限元模型

5、，再利用前面模態(tài)試驗獲得的電路板安裝在機箱中的模態(tài)頻率，確定電路板與機箱的連接條件，將電路板系統(tǒng)的有限元模型和機箱的有限元模型耦合。對室外機箱－電路板系統(tǒng)施加沖擊基礎(chǔ)激勵，得到焊點的應(yīng)力響應(yīng)。有限元模擬結(jié)果表明，芯片下同一列焊點應(yīng)力響應(yīng)變化的梯度較大，近芯片角端焊點的應(yīng)力響應(yīng)最大，單個焊點的頂部和底部應(yīng)力響應(yīng)較大，焊點靠近電路板處的底部應(yīng)力響應(yīng)最大。因此，安裝在室外機箱中電路板上芯片下的BGA焊點在沖擊載荷下角端焊點最易失效，失效裂紋一