PCB焊點在熱循環(huán)下的疲勞失效研究.pdf

1、PCB（Printed Circuit Board）印制電路板是各類電子產品的重要組成部分，對于電氣系統(tǒng)元器件的連接具有非常重要的作用。為確保PCB長期在各種環(huán)境下能穩(wěn)定可靠工作，需對PCB進行高低溫循環(huán)沖擊試驗，循環(huán)壽命達到標準才可投入生產。在測試過程中，由于高低溫交替循環(huán)變化，PCB隨之膨脹和收縮。而PCB一般由幾種不同材料組成，它們的熱膨脹系數也都有所差異，溫度變化時不同的膨脹和收縮程度會導致PCB內部產生熱應力和應變。在大小和方

2、向都隨溫度變化的熱應力作用下，焊點因疲勞導致裂紋的產生和擴展進而斷裂，造成連接失效，試驗測得循環(huán)次數即焊點的疲勞壽命。
　　本文針對PCB焊點在熱循環(huán)沖擊下的疲勞失效，用有限元仿真軟件對PCB在熱循環(huán)作用下的熱力學行為進行了模擬，重點考察了模型的溫度分布和應力、應變情況；對于應力應變集中的焊點，本文還利用修正的Coffin-Manson疲勞壽命預測方程對其進行了疲勞壽命預測。結果表明，在各個循環(huán)中焊點的應力應變趨勢基本一致，而應力

3、應變的積累主要是在升降溫階段；等效應力最大值出現在降溫結束時，而等效應變最大值出現在升溫保溫過程結束時；焊錫中應力、應變最大的部位是邊角焊點根部，因此它也是整塊焊錫中最有可能發(fā)生失效的部位。
　　由于熱循環(huán)沖擊試驗中的溫度變化曲線對PCB的溫度分布及應力應變均有影響，因此本文對不同升降溫速率和保溫時間的情況進行了比較分析。通過有限元分析得出結論，焊點的應力隨著升降溫的速率增大而增大；而焊點的應變隨著升降溫或保溫時間的增長而增大。由

4、于疲勞壽命是根據應變計算，升降溫速率慢（即升降溫時間長）和保溫時間長的情況下焊點的應變范圍大，故循環(huán)次數最少，但由于這兩種情況的周期長，計算得出的循環(huán)時間卻是最長的。
　　通過PCB的結構改進可以改善模型內部的變形不協(xié)調，從而改善焊點在熱循環(huán)沖擊下的可靠性，因此本文提出了三種PCB結構改進模型，對改進前后的模型施加同樣的溫度載荷，進行有限元分析。計算結果表明，改進模型的應力應變較未處理模型減小，焊點的剪切塑性應變范圍也比未處理模型