高g值冲击下灌封电路系统的动态响应及失效分析

摘要

在弹体侵彻目标防护工程的过程中，电路系统将承受高g值加速度冲击，需要用环氧树脂进行灌封防护。为进一步提高灌封防护技术，本文研究了高g值冲击下灌封电路系统的动态响应和失效机理。通过对比不同封装及灌封模式下的动态响应，验证了灌封层对应力波幅值的隔离与衰减效果，同时分析了不同情况下电路系统抗冲击性能上的差异。此外，环氧树脂作为粘弹性材料，具有消波减振能力。以灌封材料的高频松弛时间，和冲击脉宽为变量，参考正交实验设计，通过模拟计算了其对结构响应频率，耗散能，耗散速度等的影响，验证了关于粘弹性材料在交变应力下耗散能力的理论分析。最后，以引脚与芯片和PCB板两侧连接面的位移差作为“桥梁”，模拟计算了不同情况下引脚焊接的可靠性。结果表明:(1)灌封结构对应力波幅值有明显的削弱效果，但电路板元器件结构导致的应力集中，使得QFP封装中芯片与引脚连接部位容易发生破坏;BGA封装中焊接面容易断开失效;横向布置的BGA封装电路板抗冲击性能相对较好。(2)灌封材料的高频响应时间越短，灌封体对内部机械能的耗散速度越快，消波减振效果越好;载荷脉宽越大，系统的响应振动周期越长，灌封体总的耗散能越小，但耗散时间差异不大。(3)引脚焊接失效主要有三种形式，包括冲击载荷的幅值过大，导致灌封体变形挤压而“挤断”;冲击载荷的脉宽过小，导致冲击刚结束时结构振幅过大而“振断”;灌封材料的高频松弛时间过长，导致振动时间过长而破坏断裂。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外相关研究进展

1．2．1被动防护技术研究进展

1．2．2主动防护技术发展现状

1．2．3焊点的可靠性研究现状

1．3灌封电路系统失效问题研究方法和难点

1．3．1研究方法

1．3．2问题的难点

1．4本文的主要研究内容

2粘弹性材料的一维应力波传播分析

2．1粘弹性材料的本构关系

2．1．1 ZWT粘弹性本构方程

2．1．2松弛型本构方程

2．2一维应力波在粘弹性材料中的衰减

2．3一维应力波在粘弹性材料中的耗散

2．4灌封材料耗散性能影响因素的理论分析

2．5一维应力波的透射与反射

3不同灌封模式下的冲击动态响应

3．1有限元模型

3．1．1外壳与灌封结构的有限元模型

3．1．2电路板的有限元模型

3．1．3接触与加载设定

3．2灌封结构中应力波的衰减与透射

3．3 QFP封装电路板的冲击响应分析

3．3．1各元器件强度分析

3．3．2引脚焊接强度分析

3．4 BGA封装电路板的冲击响应分析

3．4．1芯片与焊接强度分析

3．4．2焊点的强度分析

3．5本章小结

4灌封体的消波减振性能研究

4．1有限元模型

4．2松弛时间对耗散性能的影响

4．3冲击脉宽对耗散性能的影响

4．4引脚焊接的振动失效分析

4．4．1有限元模型

4．4．2灌封料的高频松弛时间对焊接可靠性的影响

4．4．3载荷脉宽对焊接可靠性的影响

4．4．4载荷幅值对焊接可靠性的影响

4．5本章小结

5．1本文工作总结

5．2未来研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及研究成果

致谢