無鉛便攜式電子產(chǎn)品板級組件的TFBGA跌落可靠性研究.pdf

1、分類號密級UDC編號桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目無鉛便攜無鉛便攜式電子產(chǎn)品板級組件的式電子產(chǎn)品板級組件的TFBGATFBGA跌落可靠性研究跌落可靠性研究（英文）（英文）StudyonreliabilityfTFBGAofleadfreeptableelectronicproductsboardlevelassembly研究生姓名:周斌指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):潘開林副教授申請學(xué)位門類::工學(xué)碩士學(xué)科、?？?、專業(yè)::機械制

2、造及其自動化提交論文日期:2007年4月論文答辯日期:2007年6月2007年6月6日摘要摘要便攜式電子產(chǎn)品因其小體積、低重量而在使用或運輸過程中易被跌落或滑落或受沖擊，因跌落引起的應(yīng)力容易導(dǎo)致焊點失效乃至整機故障，對貼裝有細(xì)間距球柵陣列封裝元器件（TFBGA：Thinprofilefinepitchballgridarray）的印制電路板尤為如此。便攜式電子產(chǎn)品的迅速普及以及微型化與輕重量的要求使得TFBGA被大量使用導(dǎo)致這一問題更加

3、嚴(yán)峻，同時，隨著無鉛法規(guī)的實施，無鉛焊點相對錫鉛焊點更高的剛度和更大的彈性模量使其更易因跌落或沖擊而失效。因此，焊點跌落可靠性是無鉛便攜式電子產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵內(nèi)容。鑒于跌落測試試驗具有高成本和長周期的局限性，本文將理論分析和動態(tài)仿真相結(jié)合，首先根據(jù)動力學(xué)理論，推導(dǎo)簡化PCB組件的跌落振動方程并求出特定邊界條件下的解析解。然后以典型無鉛TFBGA為對象，以ANSYS為前處理器，根據(jù)JEDEC跌落測試標(biāo)準(zhǔn)，建立兩種無鉛TFBGA的板級跌落模

4、型，運用LSDYNA顯式求解器進(jìn)行跌落仿真分析，獲得了PCB和焊點在跌落沖擊下的動態(tài)響應(yīng)，并對兩種仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析。在此基礎(chǔ)上，將Input－G模型和動態(tài)子模型相結(jié)合，研究了焊盤類型、焊盤厚度、焊點高度、焊點直徑和焊點材料等對焊點跌落性能的影響。同時基于應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)，定量預(yù)測了無鉛焊點的跌落沖擊壽命并通過理論和仿真模態(tài)分析，研究了PCB支撐螺釘數(shù)目與跌落沖擊下PCB彎曲變形的關(guān)系，探討了各階模態(tài)對PCB彎曲變形的影響。最后，設(shè)計了便攜

5、式電子產(chǎn)品用元器件的板級跌落測試試驗。研究結(jié)果表明，在跌落沖擊條件下：（1）PCB的機械沖擊和彎曲變形是導(dǎo)致焊點應(yīng)力甚至跌落失效的主要原因；（2）對于四螺釘支撐PCB，其中心區(qū)域TFBGA的最外端角落處焊點最易失效；（3）焊點跌落沖擊壽命隨最大法向應(yīng)力的增加而降低；（4）元器件一側(cè)采用SMD(SolderMaskDefined)焊盤設(shè)計更易引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致焊點具有較差跌落性能；（5）焊點最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在元件焊點一側(cè)還是PCB焊點一側(cè)

6、很大程度上取決于焊盤厚度；（6）同等條件下，無鉛焊點相比錫鉛焊點具有更大跌落沖擊應(yīng)力，根據(jù)應(yīng)力失效標(biāo)準(zhǔn)，無鉛焊點具有比錫鉛焊點差的跌落壽命；（7）模態(tài)分析結(jié)果表明，一階彎曲模態(tài)是影響PCB彎曲變形的主要因素，采用更多螺釘支撐固定PCB，降低一階模態(tài)的影響，有利于提高焊點跌落性能。本文提出將動態(tài)子模型和InputG模型相結(jié)合研究焊點跌落可靠性以及基于模態(tài)疊加的PCB支撐優(yōu)化設(shè)計方法，為進(jìn)一步開展焊點跌落可靠性研究找到了一條便利而實用的途徑