军用电子模块无铅焊点可靠性的研究

论文摘要

随着无铅指令的实施，无铅制造时代已经到来。电子产品中焊点的可靠性直接关系到产品的使用寿命，但目前无铅焊点的可靠性还存在观望或争议，由于军用电子产品使用场合和使用环境的特殊性，对无铅材料及无铅制造制程的使用还在调研阶段。从无铅焊点可靠性实验验证和利用有限元分析对焊点力学性能、疲劳寿命方面来研究无铅焊点可靠性，对军用电子产品无铅化实施具有重要的理论价值和实际意义。本文通过可靠性强化实验，验证了无铅BGA焊点在军用电子模块要求的严格的热循环和随机振动加载条件下并未出现失效的结论，为军用电子产品中无铅制程的使用提供了SMT工艺和可靠性相关证据。运用ANSYS软件，基于实际制作的含BGA器件的电子模块建立对角切条的焊点形态预测模型，模拟分析了无铅焊点在热循环加载过程中和随机振动加载过程中的力学行为及疲劳寿命，为在复合环境因素下的军用电子模块优化设计奠定了基础。对含铅与无铅钎料合金焊点的可靠性分析进行了分析比较，这对无铅钎料合金96.5Sn3.5Ag、95.5Sn3.8Ag0.7Cu等在军用电子产品设计及装联中的应用，以及SMT实际生产均有一定的借鉴意义。对在热循环和随机振动加载情况下，不同焊盘大小及网板开口大小的无铅BGA焊点可靠性进行了比较，得出了在保证焊接质量情况下，适当增大焊盘和网板开口尺寸，可提高焊点的疲劳寿命的结论，对于多品种、小批量军用产品的研制，SMT工艺环节以及其它领域的优化设计都具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.3 本文研究思路
• 1.4 主要研究内容和价值
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究价值
• 第2章 无铅焊点可靠性实验及有限元建模
• 2.1 无铅军用电子模块样件制作
• 2.2 BGA无铅焊点X-Ray检测
• 2.3 无铅焊点可靠性实验验证
• 2.3.1 热循环实验
• 2.3.2 随机振动实验
• 2.3.3 金相分析
• 2.4 无铅焊点失效分析
• 2.5 有限元分析思想及ANSYS应用流程
• 2.6 有限元模型的建立
• 2.7 本章小结
• 第3章 热循环加载下条件下无铅焊点的可靠性分析
• 3.1 钎料合金的统一粘塑性本构方程
• 3.2 焊点的疲劳寿命预测模型
• 3.2.1 基于塑性应变的焊点疲劳寿命模型
• 3.2.2 以蠕变变形为基础的预测模型
• 3.2.3 以能量为基础的预测模型
• 3.2.4 以断裂参量为基础的预测模型
• 3.3 热循环条件下无铅焊点的力学行为分析
• 3.3.1 有限元模型热循环及约束加载
• 3.3.2 应力应变分布特征
• 3.3.3 热循环条件下应力应变的变化
• 3.3.4 热循环载荷作用下焊点的疲劳寿命预测
• 3.4 不同钎料合金无铅焊点可靠性分析
• 3.5 不同工艺参数下无铅焊点可靠性分析
• 3.5.1 焊盘尺寸对焊点可靠性影响
• 3.5.2 网板开口对焊点可靠性影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 随机振动加载条件下无铅焊点的可靠性分析
• 4.1 随机振动加载条件下焊点疲劳寿命预测模型
• 4.1.1 Manson高周疲劳关系式
• 4.1.2 三带技术
• 4.1.3 随机振动下 N0的计算
• 4.1.4 疲劳损伤累积理论
• 4.2 对角切条无铅焊点模型的模态分析
• 4.3 随机振动加载条件下焊点的可靠性分析
• 4.3.1 焊点的应力应变分析
• 4.3.2 随机振动条件下焊点疲劳寿命预测
• 4.4 不同钎料合金焊点可靠性分析
• 4.5 不同工艺参数下无铅焊点可靠性分析
• 4.5.1 焊盘尺寸对焊点可靠性影响
• 4.5.2 网板开口对焊点可靠性影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 热循环和随机振动共同加载条件下焊点的寿命预测
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文