板級無鉛焊點跌落沖擊載荷下可靠性分析.pdf

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

2、靠性進(jìn)行研究，以便為焊點可靠性試驗研究、失效模型預(yù)測提供依據(jù)。本論文在JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板焊點可靠性已有的研究基礎(chǔ)上，對圓形PCB板焊點的可靠性預(yù)測進(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無鉛焊點可靠性分析的歷史及其發(fā)展，對國內(nèi)外板級無鉛焊點沖擊可靠性分析作了較為詳細(xì)的介紹。分析了基于無鉛與手持式、便攜式電子產(chǎn)品的特點，對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、難點和關(guān)鍵。 2．針對JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板做壽命預(yù)測模型時存在樣本統(tǒng)計不科學(xué)性的局限性，設(shè)計了一種圓形PCB。 3．采用數(shù)值模擬方法與模態(tài)測試方法對帶有芯片、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)振型的計算及測量。對無貼裝芯片的PCB進(jìn)行了自由-自由狀態(tài)下的模態(tài)試驗及有限元模擬，進(jìn)而確定了貼裝芯片PCB的彈性模量。模態(tài)試驗與跌落試驗中PCB邊界條件一樣，通過對固定模態(tài)的測試，確定了跌落沖擊下

4、有限元模擬中的邊界條件。 4．建立了無鉛焊點三維有限元模型，運用ABAQUS有限元分析軟件對JEDEC標(biāo)準(zhǔn)板與設(shè)計測試板進(jìn)行跌落沖擊載荷下的應(yīng)力應(yīng)變動態(tài)計算與分析，討論了加速度脈沖幅值、脈沖時間、阻尼、以及不同種類沖擊波波形對沖擊響應(yīng)的影響。得出焊點的應(yīng)力狀況與PCB板的撓曲變形存在一致的對應(yīng)關(guān)系，驗證了PCB板在跌落沖擊過程中彎曲振動導(dǎo)致的交變應(yīng)力是焊點破壞的原因。找到了焊點陣列的薄弱環(huán)節(jié)，得出了焊點陣列角端焊點的法向應(yīng)力比焊

5、點陣列中間法向應(yīng)力大；對于單個焊點，焊點兩端的法向應(yīng)力比焊點中部的法向應(yīng)力大，焊點與焊盤連接端的法向應(yīng)力比焊點與PCB連接端法向應(yīng)力大。由此表明：對于電路板系統(tǒng)，焊點若發(fā)生失效，將會先在陣列的角端以及焊點與焊盤連接端發(fā)生失效。 5．運用試驗的方法測定了封裝器件面朝下、PCB板水平放置，對應(yīng)有限元模擬焊點法向應(yīng)力最大處PCB的應(yīng)變。模擬與試驗得出了一致的結(jié)果，進(jìn)一步驗證了有限元模擬的可靠性，為進(jìn)行焊點壽命預(yù)測模型的建立提供了依據(jù)。