板级无铅焊点跌落冲击载荷下可靠性分析.pdf

上海交通大学硕士学位论文摘要
板级无铅焊点跌落冲击载荷下可靠性分析
摘要
无铅电子器件相对于含铅电子器件来说,无论在物理力学性能还是在可
靠性方面都存在一定的差异。同时,随着手持式、便携式小型电子产品的
广泛使用,在运输、存储、使用过程中难免跌落、碰撞,引起其外壳机械
损坏;更严重的会导致连接在外壳内 PCB(Printed Circuit Board)上的
BGA(Ball Grid Array)焊点受到过大的冲击应力应变,极有可能失效。因电
子器件失效主要由焊点失效引起,所以有必要对无铅电子器件在机械冲击
力作用下的可靠性进行研究,以便为焊点可靠性试验研究、失效模型预测
提供依据。本论文在 JEDEC 标准板焊点可靠性已有的研究基础上,对圆形
PCB 板焊点的可靠性预测进行探索性研究。
本论文的主要工作和成果(结论):
,对国内
外板级无铅焊点冲击可靠性分析作了较为详细的介绍。分析了基于无铅与
手持式、便携式电子产品的特点,对所做的工作做了详细的描述,提出了
本文中所碰到的问题,指出文中要做的工作难点和关键。
JEDEC 标准板做寿命预测模型时存在样本统计不科学性的局限
性,设计了一种圆形 PCB。
、电子元器件的电路
板系统在自由-自由状态下和固定状态下进行了模态频率与模态振型的计算
及测量。对无贴装芯片的 PCB 进行了自由-自由状态下的模态试验及有限元
模拟,进而确定了贴装芯片 PCB 的弹性模量。模态试验与跌落试验中 PCB
边界条件一样,通过对固定模态的测试,确定了跌落冲击下有限元模拟中
的边界条件。
,运用 ABAQUS 有限元分析软件对
JEDEC 标准板与设计测试板进行跌落冲击载荷下的应力应变动态计算与分
析,讨论了加速度脉冲幅值、脉冲时间、阻尼、以及不同种类冲击波波形
I
上海交通大学硕士学位论文摘要
对冲击响应的影响。得出焊点的应力状况与 PCB 板的挠曲变形存在一致的
对应关系,验证了 PCB 板在跌落冲击过程中弯曲振动导致的交变应力是焊
点破坏的原因。找到了焊点阵列的薄弱环节,得出了焊点阵列角端焊点的
法向应力比焊点阵列中间法向应力大;对于单个焊点,焊点两端的法向应
力比焊点中部的法向应力大,焊点与焊盘连接端的法向应力比焊点与 PCB
连接端法向应力大。由此表明:对于电路板系统,焊点若发生失效,将会
先在阵列的角端以及焊点与焊盘连接端发生失效。
、PCB 板水平放置,对应有
限元模拟焊点法向应力最大处 PCB 的应变。模拟与试验得出了一致的结果,
进一步验证了有限元模拟的可靠性,为进行焊点寿命预测模型的建立提供
了依据。

关键词:无铅,焊点,可靠性,板级,冲击响应,有限元模拟

II
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
BOARD LEVEL LEAD-FREE SOLDER JOINTS RELIABILITY
ANALYSIS UNDER DROP SHOCK LOADING

ABSTRACT
Comparing to ponents which have lead, ponents
which are lead-free be of different mechanics and reliability characteristics.
Meanwhile, with the popularity of some handheld or portable electronic
products, it is inevitable to drop when we use them. Those drop or impact may
not only lead mechanical failure of electronic product’s shell, but also cause
failure of the BGA which connects to PCB inside the shell due to large drop
stress and strain. Because the failure of ponents is mainly caused
by solder joints failure. So it is necessary to study BGA solder joints’ reliability
u