柔性板上FBGA組件的機械可靠性研究.pdf

1、柔性電路板(FPC)是以聚脂薄膜或聚酰亞胺為基材制成的一種具有高度可靠性,絕佳曲撓性的印刷電路,廣泛應(yīng)用于滑蓋式手機和折疊式手機中。在手機的使用過程中,手機中的FPC通常會產(chǎn)生大幅度的彎曲變形和扭曲變形。由于貼裝在FPC上的元器件剛性較大,連接這些元器件的焊點的變形并不能完全抵消因FPC變形所引起的應(yīng)力。有時因為使用者的疏忽,使手機跌落到地面上,引起FPC上的元器件與手機外殼反復(fù)碰撞。這些問題嚴(yán)重影響手機的性能和壽命。本文研究了FPC上

2、的FBGA在跌落、彎曲和扭曲等各種機械載荷中元器件焊點的連接性能。主要內(nèi)容如下:
　　(1)利用Surface Evolver(軟件),根據(jù)最小能量原理,建立了BGA焊點的幾何模型。將焊點表面幾何元素導(dǎo)入有限元前處理軟件HYPERMESH后,生成有限元分析所需的三維有限元單元模型。
　　(2)利用非線性有限元軟件ABAQUS,研究FPC上的FBGA分別在自由跌落以及承受彎曲、扭曲載荷時焊點與FPC的連接可靠性。采用Johns

3、on-Cook材料本構(gòu),將應(yīng)變率的影響計算到焊點的材料模型中。在有限元仿真過程中,模擬元器件貼裝位置、焊點尺寸(包括焊點高度和直徑)對FBGA連接可靠性的影響。
　　(3)運用正交試驗方法分析了在三種因素對同一FBGA柔性組件焊點應(yīng)力的影響。按照正交表設(shè)計了九組模型,并對這些模型的計算結(jié)果進行直觀分析和方差分析。
　　研究結(jié)果表明,(1)FBGA焊點在跌落過程的應(yīng)變率除0.5、1.2、3.5ms等時間點的數(shù)值比較大外,其余大

4、多數(shù)時間的應(yīng)變率均小于1000/s;FPC跌落角度和與地面接觸方式對焊點所產(chǎn)生應(yīng)力的影響較大;(2)當(dāng)FPC處在彎曲狀態(tài)時,增加FPC的長度能夠顯著改善FBGA焊點與FPC的連接性能;(3)當(dāng)FPC處在扭曲狀態(tài)時,FBGA貼裝位置對焊點的連接性能的影響十分明顯;(4)確定了實驗方法即破壞形式為影響FBGA柔性組件焊點應(yīng)力的最大影響因素和高度顯著影響因素。
　　本文研究了FPC上的FBGA分別在跌落、彎曲和扭曲狀態(tài)下焊點的應(yīng)變應(yīng)力狀