跌落/冲击过程中电子封装焊锡接点的动力学响应

摘要

移动电子设备在使用中经常发生失手跌落或其他冲击载荷作用，在冲击载荷作用下电子封装中的焊锡接点成为最容易发生破坏的部位，研究焊锡接点在跌落/冲击作用下的力学行为成为移动电子产品可靠性设计的关键问题。 使用ANSYS/LS-DYNA软件建立板级封装有限元模型，采用Input-G计算方法，研究了不同约束条件对PCB板变形和焊锡接点应力的影响，并对焊点应力及其与PCB板变形之间的关系进行了讨论；通过在时域和频域中对焊锡接点的动力响应进行分析，研究了焊点应力产生的机理，并对焊点应力曲线的天性特征进行了讨论，论证了采用静力学等效方法快速评估焊点应力的可行性。 比较研究了采用弹性和运动硬化双线性弹塑性应力应变关系时焊锡接点的动力学响应。结果表明，在两种材料模型下焊点的剥离应力相差近65％；在弹塑性材料模型中，塑性应变在总应变中占主导地位。因此，在用数值模拟方法研究封装跌落冲击过程中焊点的响应时，必须考虑焊点的塑性变形。 分别采用三种不同焊锡材料，Sn-4Ag-0.5Cu，Sn-3-5Ag，Sn-37Pb，进行了比较分析。结果表明，在相同的跌落/冲击条件下，无铅焊点的应力要比含铅焊点的应力高：三种材料中，含铅Sn-37Pb焊点在跌落/冲击中的塑性应变最大。 本文研究的结论有助于电子封装工程师了解PCB板的变形情况和电子器件在跌落/冲击条件下焊点破坏的机理，为产品的可靠性设计提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1微电子封装的概述

1.1.1芯片级互连

1.1.2一级封装

1.1.3二级封装

1.2电子封装跌落冲击响应研究

1.2.1电子封装抗冲击性问题的提出

1.2.2国内外研究现状

1.3论文主要工作

第2章封装跌落/冲击动力学分析方法

2.1引言

2.2结构动力学数值计算方法

2.2.1动力学数值计算方法

2.2.2显式中心差分算法

2.2.3显式积分的时间步长

2.2.4计算中沙漏控制

2.3 ANSYS/LS-DYNA程序介绍

第3章板级电子封装跌落/冲击中焊点应力分析

3.1引言

3.2跌落冲击试验方法与装置

3.3板级封装跌落冲击过程中的力学模型与Input-G方法

3.4焊点动力响应研究

3.4.1结构模型的建立及参数的选择

3.4.2边界条件讨论

3.4.3计算结果及分析

3.5频谱分析和模态分析

3.6焊点应力产生机理研究及计算结果分析

3.6.1焊点应力产生机理研究

3.6.2对挠度等效静力学模型的讨论

3.7本章小结

第4章材料模型对焊点动力响应影响的研究

4.1引言

4.2焊点的本构关系对焊点动力响应的影响

4.3不同焊料焊点的动力响应

4.3.1电子封装用无铅焊料的概述

4.3.2不同焊料焊点的动力响应

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文及所发取得软件著作权

致谢