SMT無鉛焊點在隨機振動載荷下的可靠性分析.pdf

1、目前,表面組裝技術(shù)(SMT)廣泛應(yīng)用于微電子封裝領(lǐng)域。隨著手持式、便攜式電子產(chǎn)品的廣泛使用,在運輸、存儲、使用過程中難免發(fā)生振動、碰撞,引起電子器件失效；而且隨著人們環(huán)保意識的提高,無鉛化已成為微電子封裝的發(fā)展趨勢。電子器件失效主要由焊點失效引起,所以研究隨機振動載荷下SMT無鉛焊點的可靠性不僅有重要的理論意義而且具有重大的實際應(yīng)用價值。本研究工作是在國家自然科學(xué)基金項目資助下完成的。本文選取目前在便攜式電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的球柵陣列(B

2、GA)封裝無鉛焊點在隨機振動載荷下可靠性為研究內(nèi)容,尋找隨機振動載荷下板級連接SMT無鉛焊點失效規(guī)律,以提高焊點可靠性為研究目標(biāo),開展了一系列試驗與理論研究,主要研究工作與結(jié)論如下：1.采用VibroMap1000激光測振系統(tǒng)對實驗試件進(jìn)行了三個不同位置激勵及不同邊界預(yù)緊力的模態(tài)實驗,并采用有限元商業(yè)軟件ABAQUS對電路板(PCB)組件進(jìn)行有限元模態(tài)分析。通過模態(tài)試驗與仿真分析,檢驗由簡化及相關(guān)假設(shè)所建立的有限元模型的可靠性,并確定隨

3、機振動模擬時的邊界條件和相關(guān)材料參數(shù),也為后續(xù)隨機振動載荷下進(jìn)行動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。2.詳細(xì)論述了板級SMT無鉛焊點隨機振動試驗過程與方法,并結(jié)合金相試驗結(jié)果和動態(tài)電壓變化情況對失效試件的SMT無鉛焊點進(jìn)行了裂紋擴展分析。從試驗過程與分析結(jié)果得出如下結(jié)論：隨機振動載荷下PCB組件上BGA封裝外圍拐角處焊點最先失效；隨機振動過程中SMT無鉛焊點失效的根本原因是機械振動和PCB往復(fù)彎曲使拐角焊點承受反復(fù)的拉壓循環(huán)應(yīng)力導(dǎo)致的；隨著輸入加速度

4、功率譜密度(PSD)幅值減小,BGA無鉛焊點的失效模式也呈現(xiàn)變化的狀態(tài)。3.建立了正確有效的PCB組件三維有限元模型,采用基礎(chǔ)激勵法模擬了四組不同輸入PSD下的PCB組件的隨機振動響應(yīng),通過比較由實驗激光傳感器測得與模擬分析得到的PCB板中心位移的PSD和均方根(RMS)驗證了模擬結(jié)果的有效性,且有限元模擬應(yīng)力結(jié)果與隨機振動試驗后金相及動態(tài)電壓分析結(jié)果吻合,驗證了隨機振動載荷下PCB組件有限元模擬的正確性。4.建立了兩種隨機振動下焊點壽