印制電路板與集成電路組件的模態(tài)分析及振動可靠性研究.pdf

1、電子產(chǎn)品的振動可靠性問題是目前國內(nèi)外航空航天界非常關心和研究的重點之一.據(jù)統(tǒng)計,在導致機載電子設備故障中,振動因數(shù)已經(jīng)占到27％,而印制電路板組件(PCBA)又是振動問題的核心.當前,在振動環(huán)境下,PCBA對振動的敏感性已經(jīng)影響到整板的性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性.模態(tài)分析技術是獲得結構動態(tài)特性的重要手段,它起源于80年代初,經(jīng)過20多年發(fā)展,至今已趨成熟.它和有限元分析技術一起,已成為結構動力學中兩大支柱.目前這一技術已發(fā)展成為解決工程中振動問

2、題的重要手段,在機械、航空、航天和電子等工程領域被廣泛應用.結構動態(tài)特性包括各階固有頻率、主振型、阻尼比等,我們根據(jù)結構動態(tài)特性就可以對結構進行優(yōu)化設計、故障診斷、可靠性分析與估計.本文從電路系統(tǒng)的角度,擯棄電子和機械工程的學科界限,結合現(xiàn)代模態(tài)分析技術對某衛(wèi)星信號處理電路組件出現(xiàn)的振動可靠性問題進行研究.首先研究了適用于PCBA的有限元建模方法,據(jù)此建立了目標PCBA的有限元分析模型,應用大型工程分析軟件ANSYS對它進行計算模態(tài)分析

3、,得到的動態(tài)特性結果與最后的實驗結果表明此建模方法是合理的.實驗模態(tài)分析是精確獲得結構動態(tài)特性的唯一方法,我們借助美國DP公司的動態(tài)信號分析儀對目標PCBA進行了實驗模態(tài)分析,獲得了包括固有頻率、振型和阻尼等特性參數(shù),為下一步的故障診斷、可靠性分析與估計、優(yōu)化設計與結構動力修改打下基礎.實驗模態(tài)分析的同時研究了振動信號的分析與參數(shù)提取方法.根據(jù)前期獲得結果,找到了目標PCBA的薄弱環(huán)節(jié),提出改進抗振性措施,對它進行基于靈敏度分析的動力修

4、改,并用Protel對電路板重新布板投產(chǎn),模態(tài)分析表明,結果有很大改善,經(jīng)第三次改進布板投產(chǎn),抗振性得到較大提高,經(jīng)嚴酷的掃頻和隨機振動實驗,均一次通過,未出現(xiàn)改板前的各種故障,目前整機已通過驗收并交付使用.我們以此為契機全面研究了PCBA的一般動態(tài)特性,提出PCBA的一些通用抗振設計原則,填補了國內(nèi)空白,為電路設計師在前期PCB布局布線設計中考慮電路的抗振性問題提供了依據(jù),從而為全面提高電路系統(tǒng)振動可靠性打下堅實基礎.本文的一些結論也