温度与振动耦合条件下的电路板级焊点失效模式与疲劳寿命分析

基于正交试验法研究不同温度与振动耦合条件下的板级焊点失效行为与模式,采用L₉（34）混合水平正交表设计了不同温度（T）、加速度功率谱密度（PSD）与频率（V）条件下的加速寿命试验,结果表明三者对焊点可靠性影响程度为T>PSD>V,且温度是影响焊点失效模式的主要因素,随温度的升高,焊点裂纹逐渐从近封装侧的界面金属化合物（IMC）层向钎体内部扩展,焊点失效模式从脆性断裂向韧性断裂演化.基于焊点失效数据分析,发现焊点疲劳寿命对数值与PCB板背侧最大应变范围存在关联关系,并采用多项式拟合的方法建立了焊点疲劳寿命模型,拟合结果显示,该模型能较好的评估温度与振动耦合条件下的焊点寿命,预测精度较高.     

片式元件与基板间隙对无铅焊点可靠性的影响

采用非线性有限元方法,讨论了片式元件与基板的间隙对Sn-2.5Ag-0.7Cu无铅钎料焊点的应力分布和热疲劳寿命的影响。结果表明,当间隙高度为0.1~0.2mm时,焊点薄弱处——元件底部拐角处、焊根的顶部和底部以及焊趾顶部具有较低的应力,此时预测得到焊点的热疲劳寿命也最长。这一结果对于焊点几何形态的设计及优化具有指导意义。     

动态拉伸载荷下SMT焊点可靠性研究

对Sn37Pb和Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)钎料贴装的SMT组件进行了动态拉伸载荷下的机械疲劳试验研究,结果表明,Sn37Pb焊点的疲劳寿命要高于SnAgCu305.在峰值应力为40MPa时寿命差距达到最大,前者是后者2倍～3倍.同时,还分别得出了两种焊点在50%和10%破坏率下的S-N寿命曲线.通过对两种焊点试样横截面的显微观察,发现两种焊点均主要沿着三处位置开裂,然后随着疲劳周次的增加直至裂纹贯穿整个焊点.     

随机振动下不同结构参数的PCBA可靠性研究

为减小振动因素对产品失效的影响,改进PCBA组件的结构参数,提高PBGA(塑料球栅阵列)振动可靠性。采用有限元法,运用模态分析,得出结论:固支数目越多,焊点的振动可靠性越好。此外,利用随机振动模块,分析了板级振动条件下,焊点位置、焊点材料、PCB厚度、BGA焊点高度对可靠性的影响,并且利用焊点的疲劳寿命模型计算出关键焊点的疲劳寿命。结果表明:焊点最容易失效的位置位于焊点的顶角处;相比于Pb90Sn10、Sn63Pb37、Mix、SAC387这四种材料,SAC305的疲劳寿命最高;PCB的厚度和焊点的疲劳寿命成正比;焊点高度和焊点的疲劳寿命成反比。     

振动载荷下电路板级焊点失效信号表征及分析

针对板级焊点在振动载荷下的失效问题,搭建了具有焊点电信号监测功能的振动加速失效实验平台,在定频定幅简谐振动实验的基础上,对表征信号进行分析,通过电阻信号峰值标定焊点的失效程度.实验结果表明,焊点失效初期呈现为3个阶段,每个阶段包含电阻变化的平缓区间和陡变区间.随着3个阶段的改变,焊点低阻值区间振动循环数递减,焊点高阻值区间振动循环数递增.在此基础上,以电阻均值表征焊点平均失效程度,建立了表征焊点振动疲劳寿命的多项式模型,可以描述不同阶段焊点阻值和振动循环数的关系.     

承载式车身焊点疲劳寿命分析研究

文中针对某承载式车身焊点结合疲劳寿命虚拟分析技术与强化耐久试验进行了比较研究。根据疲劳寿命分析理论,采用经模态试验验证了其精度及有效性的模型,结合多体动力学分析得到的载荷谱,对车身焊点的疲劳寿命进行预测分析;并与强化疲劳耐久试验结果进行了比较,分析了造成车身焊点低寿命区域的原因并提出了改进方案,从而有效解决了该车车身焊点疲劳寿命设计中存在的缺陷,为后续设计与优化提供了参照。     

TSV封装通孔形态参数对焊点热疲劳寿命的影响

使用ANSYS有限元软件建立简化的基于硅通孔技术互连的二维结构模型,用粘塑性本构Anand方程来描述SnPb钎料焊点的力学行为,针对模型中的焊球进行热力耦合计算,研究热循环过程中的热失效问题.根据模拟的温度场、应力应变场找到危险焊点位置,利用修正Coffin-Manson经验方程估算危险焊点的热疲劳寿命,并且讨论了模型中通孔直径、深度和间距等参数对焊点热疲劳寿命的影响.结果表明,在只改变单一参数的情况下,焊点疲劳失效周期通孔各参量值的增加均呈现出下降的趋势,其中通孔直径和通孔间距的大小对焊点的使用寿命影响较大.     

PCBA结构参数与振动谱型对BGA焊点疲劳寿命的影响

为获得印制电路板组件(PCBA)的板厚、芯片布局等结构参数和随机振动谱型(功率谱密度,PSD)变化对球栅阵列(BGA)封装芯片焊点振动疲劳寿命的影响,利用HYPERMESH软件建立了带BGA封装芯片的PCBA三维有限元网格模型,并采用ANSYS软件对PCBA有限元模型进行了随机振动响应分析。结果表明,随着PCB厚度增加,BGA焊点振动疲劳寿命呈现明显提升的趋势,当PCB厚度由1.2 mm增加到2.2 mm时,BGA焊点振动疲劳寿命N由45363大幅增加到557386;合理的芯片安装间距能够明显增加焊点振动疲劳寿命,特别是当芯片安装在靠近固定约束并处于两个约束对称中间位置时;当PCBA的第一阶固有频率位于随机振动谱最大幅值对应的频率区间时,BGA焊点的振动疲劳寿命会明显降低。     

热循环与随机振动加载下电路板的寿命预测

随着电子封装业的快速发展,产品可靠性成为重要研究课题之一,寿命作为可靠性的衡量指标具有参考价值。利用ANSYS,结合有限元理论与寿命预测模型,在热循环与随机振动加载下对装配有典型封装结构的电路板进行响应分析和寿命预测。采用Anand统一本构模型,根据体积加权平均法,选择基于能量的Darveaux模型预测热疲劳寿命。根据Manson经验高周疲劳关系式,结合Miner准则,选择基于高斯分布的Steinberg模型预测振动疲劳寿命。采用线性损伤叠加法得到热与振动同时加载下结构的寿命。结果表明:焊点与Cu引线的连接层易发生破坏。焊点易出现热疲劳失效,Cu引线易出现振动疲劳失效。     

焊接与连接工艺

0617141Domex700MC钢性能及其焊接接头显微组织分析〔刊,中〕/章友谊//西华大学学报(自然科学版).—2006,25(2).—80-83(G)0617142基于最小能量原理的LCCC焊点三维形态建模与预测〔刊,中〕/阎德劲//桂林工学院学报.—2006,26(1).—107-110(D)基于最小能量原理和焊点形态理论,建立了LC-CC器件焊点三维形态预测模型。运用该模型对焊点钎料桥连过程进行了数值模拟。结果表明,钎料体积、间隙高度、焊盘尺寸对LCCC焊点三维形态有显著的影响。在间隙高度为0.03mm、宽度为0.70mm、焊盘长度为1.90mm的条件下,避免焊点产生桥连的临界钎料体积…