立體組裝垂直互連可靠性實驗及有限元模擬.pdf

1、隨著電子系統(tǒng)向集成化與智能化的方向發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體積也變得更加龐大。最近幾年，立體組裝技術(shù)由于可以大幅度提高系統(tǒng)的組裝密度縮減系統(tǒng)的尺寸而受到人們越來越多的關(guān)注，特別是該技術(shù)在航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而航空航天領(lǐng)域?qū)﹄娮酉到y(tǒng)的可靠性提出了極為嚴格的要求，因此有必要對立體組裝技術(shù)的可靠性進行深入系統(tǒng)的研究。
　　本文首先對由三層電路板所構(gòu)成的立體組裝電路的垂直互連方案進行了設(shè)計，采用轉(zhuǎn)接板鍵合技術(shù)，銅粗絲鍵合技

2、術(shù)，毛紐扣垂直互連技術(shù)實現(xiàn)三層電路板之間的機械固定與垂直電氣互連。隨后對毛紐扣的特性進行了系統(tǒng)研究，然后對該立體組裝電路進行了高低溫熱沖擊可靠性試驗，同時利用有限元仿真軟件計算了該立體組裝電路在高低溫熱沖擊與隨機振動可靠性試驗中的響應(yīng)，并跟據(jù)仿真結(jié)果預(yù)測了其使用壽命。
　　研究結(jié)果表明：毛紐扣的力學性能具有明顯的非線性。其切線模量隨應(yīng)變的變化規(guī)律可以分為3個階段，不同階段其內(nèi)部金屬絲的相互作用機制分別為剛性接觸，滑移接觸以及擠壓接

3、觸。毛紐扣具有力滯特性，隨著變形幅值的增加，毛紐扣的能量耗散系數(shù)降低，平均剛度上升。其電阻—應(yīng)變曲線也呈現(xiàn)出明顯的非線性。在初始階段，電阻值隨著壓縮應(yīng)變的增加而急劇下降，隨后電阻值趨于平穩(wěn)。當毛紐扣的應(yīng)變量達到0.15值時，可以獲得良好的導電性能與穩(wěn)定的力學性能。轉(zhuǎn)接板上焊點在經(jīng)歷熱沖擊可靠性試驗后，焊球基體內(nèi)部靠近焊盤界面的邊角處首先萌生出裂紋，隨后裂紋向基本內(nèi)部擴散。銅絲鍵合技術(shù)具有很好的抗溫度沖擊的能力。Au/Mo基毛紐扣在高溫條

4、件下工作的穩(wěn)定性較Au/BeCu基毛紐扣高，兩種材料的毛紐扣在隨機振動試驗條件下均與焊盤保持良好的電氣連接。熱沖擊試驗仿真結(jié)果表明，轉(zhuǎn)接板上靠近電路板邊角處焊點的應(yīng)力值相對較大，且應(yīng)力在焊點與焊盤相接觸處集中。對于銅粗絲鍵合焊點，應(yīng)力主要集中在銅粗絲靠近鍵合界面處。隨機振動仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)接板上焊點與銅粗絲鍵合焊點的應(yīng)力分布規(guī)律與熱沖擊試驗中的相同。對于毛紐扣，其中間位置的統(tǒng)計加速度大于靠近焊盤處的加速度，但是靠近焊盤處的應(yīng)力值相對較大。